D8 Überwachung von Spurengasen und Treibstoffen

Thema

Die Überwachung von Spurengasen und Antrieben ist für die Quantifizierung anthropogener Störungen des Klimasystems unerlässlich: Nur durch kontinuierliche Messung der Konzentration von Spurengasen, die Strahlung absorbieren, und des Ausmaßes der verschiedenen Antriebe, die auf das Klimasystem einwirken, ist es möglich, im Laufe der Zeit zu unterscheiden, wie viel einer beobachteten Veränderung menschlicher Aktivität entspricht und wie viel einer natürlichen Ursache entsprechen könnte.

Die Aufzeichnung der Kohlendioxidkonzentration am Mauna Loa auf Hawaii ist die längste und ikonischste kontinuierliche Aufzeichnung aller Spurengasüberwachungen: Sie wurde 1958 vom Wissenschaftler Charles David Keeling begonnen und zeigt seitdem einen säkularen Wachstumstrend, dem ein saisonaler Zyklus mit einer Amplitude von etwa sechs Teilen pro Million überlagert ist. Dieser saisonale Zyklus von etwa sechs Teilen pro Million wird durch Photosynthese und Atmung der Vegetation der nördlichen Hemisphäre erzeugt: Wenn die Vegetation der nördlichen Hemisphäre im Frühling und Sommer intensiver photosynthetisiert, entzieht sie der Atmosphäre Kohlendioxid und die Kohlendioxidkonzentration auf dem Mauna Loa nimmt ab, und wenn dieselbe Vegetation der nördlichen Hemisphäre im Herbst und Winter mehr atmet als photosynthetisiert, gibt sie Kohlendioxid in die Atmosphäre ab und erhöht die Kohlendioxidkonzentration auf dem Mauna Loa steigt.

Ein globales Netzwerk von Überwachungsstationen erweitert diese Spurengasüberwachung über Kohlendioxid und Mauna Loa hinaus: Sie erfasst auch Methan, Lachgas, Schwefelhexafluorid und Halogenkohlenwasserstoffe, Spurengase, die wie Kohlendioxid Strahlung absorbieren und zum gesamten anthropogenen Strahlungsantrieb beitragen, aber aus anderen Quellen stammen und eine andere Halbwertszeit in der Atmosphäre haben als Kohlendioxid selbst.

Zusätzlich zu den Spurengasen selbst charakterisiert die gleiche Überwachung von Spurengasen und Antrieben atmosphärische Aerosole durch ihre optische Dicke, eine Größe, die quantifiziert, wie viel Sonnenstrahlung Aerosole in der gesamten atmosphärischen Säule streuen oder absorbieren: Je größer die optische Dicke von Aerosolen an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit, desto mehr Sonnenstrahlung streuen oder absorbieren diese Aerosole, bevor diese Sonnenstrahlung die Oberfläche erreicht. Ein am Boden installiertes Netzwerk von Solarphotometern misst diese optische Dicke von Aerosolen bei mehreren Wellenlängen gleichzeitig, was auch Rückschlüsse auf die Größenverteilung und die optischen Eigenschaften dieser Aerosole zulässt; Ein mit einem hochpräzisen Laserinstrument ausgestatteter Satellit ergänzt dieses Netzwerk von Sonnenphotometern mit hochauflösenden vertikalen Profilen der Extinktion von Aerosolen und Wolken in verschiedenen Höhen. Trotz all dieser Instrumente bleibt der effektive Strahlungsantrieb von Aerosolen der Begriff mit der größten Unsicherheit im gesamten anthropogenen Strahlungshaushalt, gerade weil sich die optische Dicke von Aerosolen von einem Ort zum anderen und von einem Tag zum anderen stark ändert.

Die gesamte Ozonsäule ist eine weitere Größe, die durch die Überwachung von Spurengasen und Treibstoffen kontinuierlich überwacht wird, indem am Boden installierte Dobson-Spektrophotometer mit speziellen Satelliteninstrumenten kombiniert werden: Beide Arten von Instrumenten messen, wie viel ultraviolette Strahlung Ozon in der gesamten atmosphärischen Säule absorbiert, und aus dieser ultravioletten Absorption schließen sie die gesamte über diesem Punkt auf der Oberfläche vorhandene Ozonsäule.

Die Spurengas- und Antriebsüberwachung überwacht auch die gesamte Sonneneinstrahlung, die seit 1978 kontinuierlich von einer Reihe spezialisierter Satelliteninstrumente gemessen wird, wobei eines das vorherige ersetzt, sobald jedes Instrument seine Nutzungsdauer erreicht hat. Die Genauigkeit dieser kontinuierlichen Messung der gesamten Sonneneinstrahlung ist gerade deshalb von entscheidender Bedeutung, weil sie es uns ermöglicht, die Frage zu beantworten, die diese Überwachung von Spurengasen und Antrieben von Anfang an motivierte: Wenn die gesamte Sonneneinstrahlung einen säkularen Wachstumstrend aufwies, der dem von Kohlendioxid auf Mauna Loa ähnelt, könnte ein Teil der beobachteten Erwärmung eher der Sonne als der menschlichen Aktivität zugeschrieben werden. Die durch diese kontinuierliche Messung der gesamten Sonneneinstrahlung gelieferten Beweise deuten darauf hin, dass dies nicht der Fall ist: Die gesamte Sonneneinstrahlung hat sich seit 1980 nicht wesentlich verändert, während die Erwärmung des Klimasystems im gleichen Zeitraum angehalten hat, was die Gesamtsonneneinstrahlung als Ursache für die beobachtete Erwärmung ausschließt und standardmäßig die Zuordnung dieser Erwärmung zur anthropogenen Störung unterstreicht, die durch Spurengasüberwachung und -antrieb quantifiziert werden kann.

ID:898