Re: [Ag-umwelt] Der globale Wasserkreislauf verändert sich auf "alarmierende" Weise

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

Ahoi!

Am 16.10.2010 18:22, schrieb Steffen Thomas:
> Nein ich bezeichne mich nicht so, ich bin es :-)
>> Volker behauptet nicht die absolut einzig möglich Antwort zu haben,
>> er stellt nur dar, was nach aktuellen Stand der Wissenschaft das ist
>> was mit höchster Wahrscheinlichkeit korrekt ist. Es ist nicht falsch
>> andere Szenarien ebenfalls darzustellen, es ist aber falsch diese als
>> genau so wahrscheinlich darzustellen wie die, die praktisch alle
>> beobachteten Effekte erklären.
>>
>>
>
> Wer legt denn diese Wahrscheinlichkeiten fest? Es ist doch so, das
> gerade auf dem gebiet der Klimaforschung mit sehr vielen Unbekannten
> gearbeitet wird. Man schätzt diese ab und parametrisiert die Modelle
> solange, bis sie passen.  Ich kenne das aus der theoretischen Chmie,
> dort verährt man ähnlich. Und ich bin leider nicht so Computergläubig,
> das ich derartigen Ergebnissen blind vertraue. Für mich zählen harte
> Fakten, meßbare Fakten. Und da sieht es doch schon wieder anders aus.
> Und auch das ist der aktuelle Stand der Wissenschaft.
Da mag ich ein paar korrigierende Worte einwerfen. Die Klimaforschung
arbeitet nicht mit Unbekannten, sondern mit Parameterwerten deren
exakter Wert
nicht bekannt ist.
A) Es gibt für diese Werte aber eine Abschätzung (Die aus Messungen
(Labor, oder in Vito) stammen).
B) Durch Sensitivitätsanalysen kann man abschätzen wie stark sich die
Ungenauigkeit der Parameterwerte auswirkt. Dazu rechnet man mehrere
zufällig gewählte Szenarien mit variierten Parameterwerten durch und
schaut, wie stark das Ergebnis von der Variation der Parameter abhängt.

Selbst die Ritter hatten schon ein Vorstellung davon, dass die Flugbahn
ihrer Geschosse eine Parabel ist. Sie konnten auch recht gute
Vorhersagemodelle konstruieren (Skalen, Tabellen), obwohl sie weder
etwas vom Luftwiderstand quantitativ wussten noch dem exakten Wert der
Erdbeschleunigung hatten.
Durchschlagende Erfolge (Kabumm! Weg ist die Burgzinne!) konnte Modelle
also immer schon ohne 100% Exaktheit feiern.

Früher wurden Schiffsmodelle gebaut um strömungsgünstige Rümpfe im
Strömungskanal zu ermitteln, heute nimmt man dazu computerisierte
Strömungmodelle.
Die Reifenindustrie verwendet sogar evolutionär sich selbst entwickelnde
Algorithmen mit großem Erfolg.

Auch ist egal, ob ich einen Computer nehme um eine Simulation zu machen,
oder 100 Russen 10.000 Flaschen Wodka und zwei Polarnächte Zeit gebe um
das Problem analytisch zu lösen. Das wesentliche ist die Methodik und
natürlich die Güte der Eingabedaten. Gerade bei Wetterdaten sind die
Anfangsbedingungen ein grosses Problem. Bei Klimadaten ist das weniger
kritisch, da es ja nicht um eine minutiöse und hochauflösende sondern um
eine langfristige nur schwach lokale Angelegenheit handelt.

Weiterhin ist Klima nicht so kompliziert wie Wetter, denn das Klima ist
ja so etwas wie der Mittelwert des Wetters. Gerade die erratischen z.T.
stündlichen und kleinräumigen Schwankungen, die das Wetter so
problematisch machen sind beim Klima eben nicht zu beobachten. Auch
weist das Klima (auch wenn die Klimaskeptiker es immer wieder
suggerieren) keine kurzzeitigen Rückkoplungen auf, welche zu chaotischem
Verhalten neigen. Das Klima hat (zu unserem Glück) so viele
Reibungsterme und Puffer-Faktoren (z.B. die Meere die Wärme oder CO2 in
gigantischem Maße aufnehmen können), dass die Rückkopplungen eher zur
Verschiebung von Gleichgewichtszuständen führen nicht aber zu
chaotischem Klima. Das heißt aber im Umkehrschluß leider nicht, dass ein
sich nicht chaotisch veränderndes Klima nicht das sich chaotisch
verhaltende Wetter massivst beeinflussen kann.
Wir haben auf der Erde Temperatur unterschiede von Tag zu Nacht von 40
Grad und mehr. An Eislöchern im arkischen Meer verändert sich die
Lufttemperatur um z.T. 20 Grad auf wenigen Metern Distanz. Dagegen
erscheint eine Temperaturerhöhung von wenigen Zehntelgrad lächerlich,
auch wenn sie halb Pakistan wegschwemmt.  

Und Du sagst es ja selbst:
> Man schätzt diese ab und parametrisiert die Modelle solange, bis sie
passen.
Beim Klima ist so was im Vergleich zm Wetter einfacher möglich. Zum
einen ändert sich das Klima deutlich langsamer und man hat recht lange
Zeitreihen
an denen man die Klimamodelle eichen kann. Hat man ein Modell, welches
die Eiszeiten, die Interglaziale und noch die Klimadaten der letzten 300
Jahre gut reproduzieren kann, ist doch toll. Selbst wenn ein paar
Gleichungen noch falsch, oder Parameterwerte nicht ganz richtig sein
sollten.
Wenn das Modell es die Vergangenheit reproduzieren kann ist auch recht
wahrscheinlich, dass es sinnvolle Vorhersagen treffen kann. Natürlich
wird dieses Modell uns nciht das Wetter von Morgen sagen können. Aber
das Klima in den nächsten 50 Jahren sollte drin sein. Natürlich hängt so
eine Klimaprojektion auch von uns Menschen und unserem Handeln ab. Wenn
wir morgen die AKWs abschalten und übermorgen kein CO2 mehr ausstoßen
und unsere Landwirtschaft zähmen usw. dann wird das Klima sich anders
verändern als wenn wir über Indien 100Mio Kleinwagen mit dem Fallschirm
abwerfen.

Auch hoffe ich, dass Du wenn Du schon Klimamodelle ablehnst zumindest so
fair bist ALLE Modelle gleichermaßen abzulehnen. Dir ist dann aber klar,
dass Du ein sehr erfolgreiches Werkzeug der Wissenschaft ablehnst,
welches in so gut wie allen Gebieten eingesetzt wird und den Fortschritt
auf diesen dramatisch beschleunigt hat.
Deine (ich hoffe ob der unsachlichen Kritik persönliche) Erfahrung mit
den Modellen der theoretischen Chemie hat Dich sicher gelehrt, dass es
obwohl es manchmal wie Voodoo aussieht doch erstaunliche gute Ergebnisse
bringt. Wie bei jedem Werkzeug genügt natürlich nicht, die Simulation zu
besitzen, man muss auch damit umgehen und deren Ergebnisse sinnvoll und
kritisch interpretieren können.

Eine der beiden Computersimulationen, welche ich als theoretischer
Physiker entwickelt habe, war den Modellen der theoretischen Chemie
nicht unähnlich. Es beschrieb die diffusive Ausbreitung von
Sauerstoffionen in einem Ionenleitenden Kristallgitter. Diese
Monte-Carlo-Simulation konnte natürlich nicht alle Parameter
(Quantenzustände, Elektrische Wechselwirkung) der Kristall-Gitter-Atome
und der diffundierenden Ionen abbilden. Im Gegenteil wurde sogar bewußt
darauf verzichtet diese ganzen unbekannte Parameter auch nur zu
schätzen. Auch wir haben auf die Theoretische Chemie geschaut und uns
erhaben gefühlt weil wir uns keine Henry-Konstanten aus den Fingern
saugen mussten.
Trotzdem konnte dieses recht simple Modell das Verhalten aus dem Labor
zumindest qualitativ gut reproduzieren und gab uns den Schlüssel in die
Hand den Wirkungsmechanismus dieser Ionen-Leitung zu verstehen. Heute
werden diese Kristalle in Brennstoffzellen eingesetzt. Diese Anekdote
soll zeigen, dass ein Modell helfen kann Erkenntnis zu gewinnen, auch
wenn, und manchmal gerade weil man keine Exaktheit fordert.

Wohin es führen kann, wenn man Exaktheit fordert möge folgendes Beispiel
illustrieren.
http://de.wikipedia.org/wiki/Wärmeleitungsgleichung

Die Diffussionsgleichung. Sollte Dir ja nicht unbekannt sein. Die
Diffussionsgleichugn beschreibt wie sich Wärme oder eine
Stoffkonzentration in einem Medium ausbreitet. Ein typisches Beispiel
sei hier ein ausgedehntes Gefäß in das ein winziger Tropfen
Kaliumpermanganatlösung (Dieses Lilafarbene Zeug) hinein fällt. Zuerst
sehen wir also einen intensiv Lila Punkt der langsam an Intensität
verliert sich aber gleichzeitig in alle Richtungen hin immer weiter
ausdehnt, bis das ganze Wasser einen einheitlichen schwach Rosa Farbton hat.

Die Difussionsgleichung ist ein Differentialgleichungen und mein Russen
von oben brauchten nur im Taschenbuch der Mathematik nachschlagen und
hatten sogar eine analytische Lösung dieser Gleichung für mich parat
(Mist hätte ich den Wodka auch selber trinken können).
Die Lösung ist:
K(x,t) = 1/sqrt(4 Pi a t) * exp( -x^2/(4 a t))
Diese Glockenkurve sieht so aus:
http://de.wikipedia.org/wiki/Normalverteilung
x ist hierbei der Abstand zur Auftreffstelle des Tropfens
t ist die Zeit
a ist die Diffusionskonstante (Die ist für jede Konbination aus Medium
und Farbstoff unterschiedlich und hängt um es noch komplett zu machen
auch noch von der Temperatur ab. Wir setzen Sie einfach mal im Geist auf 1)

Aber zurück zu unserem Experiment mit dem Tropfen. Zum Zeitpunkt t=0
wenn unser Tropfen gerade ins Wasser gefallen ist haben wir ein Problem,
denn wir müssen in dieser Lösungsfunktion sogar an zwei Stellen durch
"t=0" teilen und das ist bekanntlich verboten. In diesem Falle hilft die
höhere Mathematik die gottgleich sagt, dass wir nun eine Deltafunktion
haben. Die Deltafunktion ist genau an dem Punkt wo der Tropfen ist
unglaublich gross und an allen anderen Stellen Null. Klar denn nur dort
wo der Tropfen ist, ist ja die ganze Farbe konzentriert.

Und was passiert mit t größer 0. Tja schon eine Sekunde später haben wir
die Glockenkurve, die nach außen abfällt.
Und das ist ein Problem! Denn diese Kurve fällt zwar immer weiter ab,
wird aber nie Null. Könnt Ihr selber nachrechnen.
Setzt Werte ein für x (Entfernung beliebig groß) und t (beliebig klein),
Ihr werdet nie exakt NULL bekommen.
Das bedeutet also, dass schon eine Sekunden nachdem der Farbtropfen
gefallen ist, es weit entfernt vom Auftreffpunkt (Z.B. in einem
Wasserglas auf Alpha Centauri 4 Lichtjahre weit weg) eine geringe aber
von Null verschiedenen Farbkonzentrration geben muss. Und das ist ein
klarer Widerspruch zur Relativitätstheorie, welche sagt, dass sich
nichts schneller als Licht ausbreiten darf. Mit Lichtgeschwindigkeit
reisend würden unsere Farbmoleküle
4 Jahre benötigen.

Ups, was nun? Ist die Lösung der Diffusionsgleichung falsch? Die Lösung
ist analytisch, also durch reine Mathematik ohne Computer und Parameter
usw. erzeugt, die kann es nicht sein. Der Wodka war erstklassig ohne
Metylalkohol. Und die Inder haben das gleiche rausbekommen.
Dann ist also die Differentialgleichung falsch? Die
Differentialgleichung der Diffusionsgleichung ist nichts anderes als die
direkte mathematische Formulierung eines physikalischen
Erhaltungssatzes, der besagt: Wenn die Konzentration an einer Stelle
geringer wird, dann
muss es gleichzeitig einen Farbfluß weg von dieser Stelle gegeben haben.
Und das ist so simpel, dass es einfach nicht falsch sein kann. 

Und nun das schlimmste daran: Tausende von Bio-,Chemie-, usw.-Reaktoren
und -Anlagen weltweit basieren auf dieser Diffusionsgleichung.
Oh Gott wir sollten die alle warnen! Die Gleichung ist falsch! Da
erscheint der Chemieunfall in Ungarn gleich in anderem Licht, die haben
wohl auch mit der Diffusionsgleichung gerechnet und nicht mit
Bauxit-Schlamm von Alpha-Centauri gerechnet.

Lage rede kurzer Sinn. Unsere gesamte Zivilisation beruht auf Modellen.
Seien diese nun analytisch, wie die Diffusionsgleichung, oder numerich
berechnet wie Wetter oder Klimamodelle. Modelle die Strömungen im
Windkanal simulieren, berechnen die Flügelform des Airbus in dem Ihr
morgen nach Mallorca fliegt. Es ist also absurd die Modelle der
Wissenschaft pauschal in Frage zu stellen, sie funktionieren. Das
Airbus-Modell ist sicher nicht weniger komplex als die Wettermodelle der
Klimaforscher.

Und wie schon gesagt. Das es ein Modell ist bedeutet nicht, das es recht
hat. Und selbst wenn es recht hat bedeutet es noch nicht, das man es
richtig versteht. Das Strömungsmodell meiner Doktorarbeit war in 2
Monaten Programmiert, ich habe 3 Jahre gebraucht die Ergebnisse zu
verstehen und Erkenntnis daraus zu gewinnen, obwohl der Ausgangszustand
wohl definiert und alle Konstanten fundamental (also Dampfdrücke und
Diffusionskonstanten) waren, also sogar Deinem Maßstab von exakt genügt
hätten.

Wenn man also mal Deine Kritik an Computer-Simulationen ad absurdum
geführt hat, bleibt nicht viel von Deiner Argumentation, außer:
* Das kann nicht sein.
* Das weiß man alles nicht genau.

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Aber Du als Wissenschaftler solltest wissen, dass es nicht darum geht
die Methodik und die Ergebnisse der anderen
zu kritisieren, sondern ein Modell oder eine Methode zu zeigen, welche
mindestens genauso gut wie das kritisierte
Modell die Natur erklärt.
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[Danke an Guido, der genau dies (aber ohne hübsches Kästchen) schon mit
anderen Worten anmerkte.]

Die ganzen Einwürfe wie :
* Es ist die Sonne
* Es ist das nachlassen der Eiszeit
* Es sind Strahlen aus dem All
* und viele weitere auf google://"How to talk to a skeptik"

sind schon längst darauf hin untersucht worden und die aktuellen
Erkenntnisse dieser Gebiete sind im  bestehenden Modell enthalten, und
auch schon in den IPCC Bericht eingeflossen.

Beste Grüße

Volker

-- 
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