Re: [Ag-umwelt] Energiebilanz der Erde geht nicht auf

["Dr. Volker Jaenisch" <volker.jaenisch AT inqbus.de>]

Ahoi!

Guido Körber schrieb:
> Und noch mal: Wir sind hier nicht bei einer Celebrity-Show, ich werde 
> keine lange, nichtssagende Liste von Wissenschaftlern aufstellen.
yep.
> Viel mehr werde ich (und Volker macht da mit Sicherheit mit wesentlich 
> mehr Fachwissen mit) Deine inhaltlichen Argumente auseinander nehmen, 
> darum geht es ja letztlich.
Es gehört gar nicht soviel Fachwissen dazu. Da W/U 
Klassifizierungsschema in meiner letzten Email
hilft schon sehr gut die Spreu vom Weizen zu trennen.
Allerdings macht es immer Sinn acuh mal in Detail zu gehen.
> Falsche Zahlen, oder falsch dargestellte oder interpretierte Zahlen 
> sind eines der liebsten Spielzeuge von "Skeptikern". Ganz besonders 
> gut macht es sich, wenn eine Zahl ohne wirklichen Zusammenhang in eine 
> Relation gesetzt wird, die sie sehr klein erscheinen lässt.
Vor allem ist noch dabei zu beachten, dass Skeptiker i.d.R. keine 
eigenen Daten beisteuern. Sie verwenden
damit eine ziemlich paradoxen Argumentation:
Auf der einen Seite zweifeln sie die Daten der Wissenschaftler an, auf 
der anderen Seiten verwenden Sie deren Daten um mit ihnen zu 
argumentieren. Das erinnert Fatal an: "Alle Kreter sind Lügner, sagt der 
Kreter".
> Uninteressant ist die absolute Zahl, wichtiger ist die relative 
> Änderung. Blut macht ja auch nur ein paar wenige Prozent Deines 
> Körpers aus, hast Du was dagegen mal 2-3 Liter davon abzugeben? Oder 
> wie sieht es mit dem Jod in Deinem Körper aus? Das ist ganz wenig, nur 
> einige Dutzend Milligramm, möchtest Du darauf verzichten? Hat doch 
> auch keinen EInfluss, oder?
Schön hat Konrad Lorenz das mal  formuliert: Wenn einen Menschen das AKW 
um die Ecke auch nur so pisacken würde wie ein Floh in seinem Pelz, 
hätten wir morgen keine AKWs mehr.
> Damit haben wir also erst mal ein Bisschen Verhältnismäßigkeit drin: 
> Der Zuwachs an CO2 in der Atmosphäre ist nicht vernachlässigbar, 
> sondern signifikat, in den letzten 100 Jahren etwa 1/3 Zuwachs.
Jetzt kann natürlich jemand herkommen und fragen: "Warum ist die 
Temperatur dann nicht im gleichen Verhältnis gestiegen? Also wenn wir 
1900 so 15 Grad im Weltdurchschnitt hatten, dann sollten es doch jetzt 
ein Drittel (5 Grad) mehr sein, also 20 Grad. Wir haben aber nur gerade 
ein Grad dazugewonnen?"

Überlegen werden wir ihn darauf hinweisen, dass er in Celsius, also 
einer willkürlichen Skaleneinteilung der Temperatur gerechnet hat, und 
dass das Nonsens ist. Echte Wissenschaftler rechnen in absoluter 
Temperatur, also in Kelvin. Nehmen wir also die Kelvinskala auf der 15 
Grad Celsius = 273 + 15 Kelvin = 288 Kelvin sind.
Eine Erhöhung um ein Drittel würde also eine Erhöhung um 288/3=96 Kelvin 
auf 384 Kelvin = 111 Grad Celsius bedeuten. Ups!

Wir sehen hier also, dass es gar nicht so einfach ist von der CO2 
Erhöhung zu einer Temperatur-Erhöhung zu kommen. Die Temperatur der Erde 
entsteht ja, durch deren Gesamtheit, also deren Atmosphäre, Meere usw.
Betrachten wir mal nur die Lufthülle. Dann trägt das CO2 also zu einem 
gewissen Anteil schon in natürlicher Konzentration ein gewisses Maß zur 
Gesamttemperatur bei.
Es gibt also eine Gesamttemperatur Tges = T_Luft ohne das wenige CO2 + 
T_durch das wenige CO2 = 15 Grad.
Kürzen wir ab und schreiben Tges = T0 + TCO2
Die Frage die Ahrrenius und andere beschäfftigte war : Wie groß sind 
also T0 und TCO2.
Leider lässt sich diese Frage nicht im Labor allein klären. Gerade das 
macht die Meteorologie zu einer grossen Herausforderung: Wetter ist ein 
sich ständig änderndes Ding, das man nicht im Labor einsperren kann.

Aber man kann die einzelnen Teile des Wetters im Labor untersuchen. Das 
Ergebnis waren die Erkenntnisse der großen Forschern zur kinetischen 
Gastheorie, der Thermodynamik, der Strahlungstheorie, der Fluiddynamik 
welche alle rund 100 bis 60 Jahre alt sind und bis heute ihren 
Stellenwert als "Naturgesetz" behauptet haben.
Mit dieser physikalischen Grundlagen bauen wir Autos, Schiffe, 
Kraftwerke nahezu unverändert bis heute.

Schon bald erkannte man, dass Moleküle ein anderes und breiteres 
Absorbtionsspektrum für Licht hatten als Atome. Gerade Wasserdampf, Ozon 
und CO2 zeichneten sich vor allen anderen typischen Gasen der Atmosphäre 
aus indem sie besonders viel Infrarotes Licht streuten. Das kann man 
natürlich auch quantifizieren und im Labor so exakt messen wie nur möglich.

Was nach und nach entdeckt wurde war, wie das alles zusammenwirkt. Die 
Sonne strahlt auf die Erde, diese reflektiert einen Teil der Strahlung 
wieder zurück. Ein kleiner Teil der Strahlung wird von der Atmosphäre 
aufgenommen, ein Großteil (rund die hälfte) trifft auf den Erdboden. Der 
ist aber überall anders beschaffen.
Der Erdboden erwärmt sich, kurzwellige Strahlung wird also in 
langwelligere umgesetz. Der Boden strahlt im Infraroten. Und der 
Wasserdampf, das CO2 und das Ozon nehmen diese Infrarot-Strahlung auf, 
oder streuen sie, was dazu führt, dass sie letztendlich nicht wieder 
sofort abgestrahlt wird und die Atmosphäre richtung Weltraum verlässt.

Toll man hatte ein Modell. Aber man konnte es nicht quantifizieren. Erst 
mit der Erfindung des Computers wurde es möglich diese Modelle, welche 
nur auf dem Papier existierten auzurechnen. Schnell stellte sich aber 
Ernüchterung ein. Die Modelle und deren Gleichungen waren nach einigen 
Mühen binnen Monaten in die Computer programiert. Woran es mangelte 
waren die Eingabewerte. Wie ist die mittlere Albedo der Erde?
Wie ist die spektrale Charakteristik der einzelnen Böden und der Meere? 
Wie verhalten sich Wolken, Aerosole, Moleküle in dem Ganzen.

Diese Fragen sind heute immer noch aktuell. Zwar gibt es jedes Jahr 
exponentiell wachsend mehr Daten als im Vorjahr, aber noch haben wir nur 
eine gewisse Abdeckung unseres Planeten Erde. Die Eingabedaten reichen 
noch lange nicht um vorauszuberechnen, was passieren wird. Geschweige 
denn, was genau, oder an einem Ort passieren wird.

Aber Wissenschaftler haben über Jahrtausende gelernt mit unvollständigen 
Daten umzugehen - denn sie hatten nie andere. Die Mathematik hilft an 
vielen Stellen aus mit Statistik, Näherung, Extrapolation, Glättung, 
Lösung von nicht geschlossen lösbaren Gleichungen, usw. Auch hilft sie 
Fehler zu finden.

Ein verbreiteter Irrglaube ist übrigens dass eine Simulation nur dann 
etwas taugt, wenn sie das Simulierte exakt repräsentiert. Im Kopismus 
steckt keine Erkenntnis. Erkenntnis kommt, wenn man es schafft mit 
seiner Simulation die Essenz des zu Simulierenden einfängt. Ein Modell 
das dazu da ist zu erklären wie Eiszeiten und Warmzeiten abwechseln darf 
eben nicht wissen, wann die oder jene Warmzeit war. Es weiss etwas über 
Meeres- und Luftströmungen, die Karte der Kontinente, einen Haufen 
Naturgesetze, die Bahnparameter der Erde, des Mondes, der Planeten und 
der Sonne aber es weiß nichts darüber wann dies oder das passiert ist.

So ein Modell kann nie vorhersagen was passieren wird. Es kann aber 
benutzt werden um zu lernen. Also es kann versucht werden die Zustände 
der Erde also die Vergangenheit mit diesem Modell in Einklang zu bringen.

Die ersten Versuche scheiterten kläglich. Aber nach und nach durch 
verbesserte Eingabedaten, verfeinerte Methoden wurden die Modelle 
besser. Nicht weil sich die Naturgesetze auf denen sie basierten auf 
einmal änderten. Einfach nur, weil mehr Rechenleistung zur Verfügung 
stand alles höher aufzulösen. Weil mehr Kapazität da war 
(Satelliten)-Daten nicht einmal pro Tag per Mensch sondern online per 
Computer auszuwerten.

Die meisten Modelle die weltweit für Simulationen eingesetzt werden sind 
in FORTRAN77 programmiert.
77 weil dies das Jahr der Sprachzertifizierung war. Auch meine 
Simulationen habe ich in FORTRAN programmiert.
Dies erscheint archaisch. Aber die Bibliotheken, welche ich für meine 
Simulationen verwendet habe sind seit Jahrzehnten einer permananten 
Überprüfung durch tausende von Nutzern ausgesetzt und daher nahezu 
Fehlerfrei.
Viele dieser Modelle sind auch jahrzehnte alt. Sie sind also keine 
Erfindung des Zeitgeists wie Websites.
Sie sind ein Urgestein, in Code geronnener Mathematik, Physik und Chemie 
welches sich vom Vorgänger auf Papier der 100 Jahre alt ist nur insofern 
unterscheidet, dass nun ein Computer und nicht ein Mathematiker rechnet. 
Einzig die Eingabedaten werden stetig mehr und differenzierter - die 
Naturgesetze bleiben.

Genau deshalb greifen viele Klimaskeptiker ja auch nicht die 
Simulationen, sondern die Eingabedaten an, da diese
natürlich wesentlich für den Prozess sind. Wohingegen die Simulationen 
von ihrem Theoriegehalt nahezu unverändert.

Die Abhängigkeit einer Simulation von den Eingabedaten ist seit der 
ersten Simulation bekannt. Daher wird in der Regel nicht nur ein Satz 
von Eingabedaten für die Berechnung verwendet sondern so viele 
Variationen als möglich
reingesteckt. Die Eingangsdaten werden also bewusst variiert um zu 
sehen, wie groß der Einfluss der Variation auf das Ergebnis ist. Man 
spricht dann von Szenarien. Dieses Vorgehen ermöglicht dann eine 
Fehlerschranken für die Ergebnisse anzugeben.

Beispiel:
Wenn ich  Mächtigkeit des Ölteppichs um 100% variiere dann verändert 
sich die Eintrittsmenge
in den Golfstrom um nur 0.1%. Daraus kann ich schlussfolgern: Es ist 
egal wie dick der Ölteppich ist, er wird unter allen Umständen im 
Golfstrom ankommen.

Aber zurück zu unserer Formel:

Tges = T0 + TCO2

Man weis schon seit bald hundert Jahren dass es so einfach nicht ist.

Tges = T0 + TCO2 + TH2O(TCO2) + TWolken(H2O) + TAerosol + T(Meer) + ..

Aber wir haben es im Griff. Die unterschiedlichen Modelle liefern immer 
ähnlichere Aussagen.
Wir wissen es nun so genau, dass wir sogar

Tges = T0 + TCO2 + TCO2_antropogen + TH2O(TCO2) + TWolken(H2O) + 
TAerosol + T(Meer) + ..

berechnen können. Wenn wir für TCO2_antropogen = 0 einsetzen 
funktioniert unsere Simulation nicht. Sie kann nicht den 
Temperaturverlauf der letzten Jahrtausende richtig reproduzieren 
(zumindest nicht ab 1900).
Setzen wir aber für TCO2_antropogen die Temperaturerhöhung ein, welche 
wir Menschen verursachen, so geht die Simulation auf.

Natürlich ist das kein direkter Beweis. Es ist ein indirekter Beweis der 
aber die beste momentan verfügbare Erklärung dessen ist, was auf unserer 
Erde passiert. Mit solchen indirekten Beweisen hat sich
Sherlock Holmes einen Weltruhm erobert. Nicht weil er sie erfunden hätte 
- nein er hat der Aufklärung folgend die wissenschaftliche Methodik 
adaptiert.

Nun habe ich so lange doziert, dass ich den Faden verloren habe und die 
Uhr zeigt auch schon 4:42.

Beste Grüße

Volker

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