• SONNE, MOND UND ERDE Von Klimaforschern, Ausflügen ins All und den Anfängen der Astronomie: Katastrophen eingerechnet

SONNE, MOND UND ERDE Von Klimaforschern, Ausflügen ins All und den Anfängen der Astronomie : Katastrophen eingerechnet

Am Institut für Meteorologie der Freien Universität Berlin simulieren Forscher das Weltklima von gestern und morgen

Christa Beckmann

Von Weitem sieht der Globus aus wie alle anderen. Eine fußballgroße Nachbildung der Erdkugel samt Meeren und Kontinenten. Erst beim näheren Hinsehen zeigt sich eine katastrophale Welt. In langen Pfeilen sind die Zugbahnen von Hurrikanen und Tornados eingezeichnet, schraffierte Flächen markieren Erdbeben- und Überschwemmungsgebiete. „Globus der Naturgefahren“ nennt Ulrich Cubasch die Horror-Welt nüchtern, die er von seinem Schreibtisch aus immer im Blick hat. Und seine Prognose klingt alles andere als beruhigend: „Wir werden sehr wahrscheinlich noch mehr Naturextreme erleben, auch bei uns.“

Ulrich Cubasch muss es wissen. Zusammen mit seinem Team simuliert er das Klimageschehen in der fernen Vergangenheit und Zukunft. Und das mit großem wissenschaftlichem Erfolg. Der Dekan des Fachbereichs Geowissenschaften und stellvertretende Direktor des Instituts für Meteorologie der Freien Universität Berlin hat federführend an allen vier Klimaberichten des Weltklimarats mitgearbeitet. Für sein Engagement ist das Gremium der Vereinten Nationen gemeinsam mit dem ehemaligen US-Vizepräsidenten Al Gore im Oktober 2007 mit dem Friedensnobelpreis ausgezeichnet worden.

Wenn Ulrich Cubasch seine Arbeit beschreibt, dann geschieht das gänzlich uneitel: „Wir stellen das Klimasystem der Erde in primitiven Gleichungen dar, wie sie Physik-, Meteorologie- und Mathematikstudenten schon im ersten Semester lernen. Der Computer löst diese Gleichungen numerisch und errechnet daraus die Klimasimulationen.“

Was sich so einfach anhört, ist eine wissenschaftliche und elektronische Meisterleistung. Um eine Klimahochrechnung zu fertigen, müssen Millionen von Daten erfasst werden. Dazu legen die Wissenschaftler ein fiktives Gitternetz mit einer Kantenlänge von etwa 300 Kilometern Länge, 300 Kilometern Breite und 30 Kilometern Höhe um den gesamten Globus. An jedem Kreuzungspunkt der Gitterlinien werden Wetterdaten wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag, Windrichtung, Windgeschwindigkeit oder Bodentemperatur berechnet.

Doch daraus allein lässt sich noch nichts modellieren. „Das Klima wird auch durch externe Faktoren beeinflusst“, sagt Cubasch. Dazu gehören beispielsweise Sonnenflecken, die mit einer intensiveren Sonnenstrahlung einhergehen, Kontinentalverschiebung oder Vulkanausbrüche, durch die viel Staub in die Atmosphäre geschleudert und damit die Sonneneinstrahlung verringert wird.

Der Blick der Klimaforscher reicht mittlerweile 10 000 Jahre zurück bis zum Ende der letzten großen Eiszeit. Woher kommen die Daten für diese historischen Klimamodelle? Moderne Wettersatelliten gibt es schließlich erst seit etwa 40 Jahren. Das Klima längst vergessener Zeiten zu rekonstruieren, sei detektivische Detailarbeit, sagt Cubasch: „Wenn die Sonnenstrahlung auf die Erdatmosphäre trifft, wandelt sie darin enthaltene Stickstoffmoleküle in die radioaktiven Isotope Beryllium 10 und Kohlenstoff C14 um.“ C14 wird von Pflanzen aufgenommen und gespeichert. Anhand des extrem langsamen radioaktiven Zerfalls des Isotops lässt sich nicht nur das Alter pflanzlicher Überreste errechnen, sondern auch die Intensität der Sonneneinstrahlung damals. Ähnliches gilt für Beryllium, das in alten grönländischen Eisschichten zu finden ist.

Manchmal gibt es aber auch weniger naturwissenschaftliche Indizien auf Klimaveränderungen: „Bei der mittelalterlichen Warmzeit zwischen 1100 und 1300 blühte der Weinanbau in Südengland“, sagt Cubasch. „Und während der kleinen Eiszeit Ende des 17. Jahrhunderts haben alle holländischen Meister nur noch Schneebilder gemalt.“ Das große Bibbern zu dieser Zeit wurde offenbar durch verringerte Sonnenstrahlung und eine Reihe von Vulkanausbrüchen verursacht, deren Asche-Regen dafür gesorgt hat, dass noch weniger Sonnenstrahlen auf der Erde ankamen. Die Staubschichten von damals sind noch heute in Eisbohrkernen zu finden.

Sollten Wissenschaftler in 1000 Jahren die Klimaveränderungen unserer heutigen Zeit analysieren, geraten sie vermutlich ins Staunen. Die Erdatmosphäre erwärmt sich in einem rasanten Tempo. „In den vergangenen 100 Jahren verzeichnen wir eine Erderwärmung um 0,7 Grad“, rechnet Cubasch. „Das klingt wenig, ist aber sehr wahrscheinlich der stärkste Anstieg während der vergangenen 10 000 Jahre in so kurzer Zeit.“ Verantwortlich für die aufgeheizte Atmosphäre sind die vom Menschen verursachte Zunahme von Treibhausgasen wie Kohlendioxid, Methan und Stickstoffoxid.

Und die Fieberkurve der Erde zeigt weiter nach oben. „Das Ziel der Politik, den Anstieg bis 2050 auf maximal zwei Grad zu begrenzen, wird kaum zu schaffen sein“, sagt Cubasch. „Selbst wenn man die Ziele des Kyoto-Protokolls erreichen und den Ausstoß der Treibhausgase in den Industrieländern bis 2012 um fünf Prozent gegenüber 1990 reduzieren würde, wären die Auswirkungen zu gering, um das Klima zu stabilisieren. Mittlerweile tragen die Schwellenländer, die nicht vom Kyoto-Protokoll gebunden werden, mit stark zunehmender Tendenz zur Entstehung von Treibhausgasen bei.“ Gleichzeitig wachse der Druck, umgehend zu handeln, mahnt Cubasch: „Denn was wir heute tun, wirkt sich klimatisch erst in 30 Jahren aus.“

Zudem ist der Faktor Mensch nur schwer berechenbar für die Klimaforscher: In welchem Maße wächst die Weltbevölkerung? Wie entwickelt sich das Wirtschaftswachstum, vor allem in den Schwellenländern? Setzen sich umweltschonende Technologien durch?

Die Fertigung komplexer Klimamodelle bleibt eine Rechnung mit vielen Unbekannten, und sie erfordert immer leistungsfähigere Computer. Mehr als 35 Terabyte Speicherplatz haben die Rechner am Institut für Meteorologie der Freien Universität, das entspricht 35 000 Gigabyte oder der Datenmenge von rund 8000 DVDs. „Für die hier gefertigten Doktorarbeiten ist das gerade ausreichend“, sagt Cubasch. Die umfangreichen Klimamodelle werden auf dem Großrechner des Deutschen Klimarechenzentrums in Hamburg errechnet.

Trotz der vielen Variablen in der Klimaberechnung, eins steht für Meteorologie-Professor Cubasch fest: „Deutschland produziert vier Prozent der weltweiten CO2-Emissionen. Wir dürfen deshalb nicht nur andere ermahnen, etwas gegen die Klimaerwärmung zu tun. Wir müssen bei uns anfangen. Denn die Folgen bekommen auch wir zu spüren.“ Sturm Kyrill im vergangenen Jahr ist da wohl nur ein Vorbote gewesen.

Professor Ulrich

Cubasch
ist Dekan des Fachbereichs

Geowissenschaften der Freien Universität Berlin und stellvertretender Direktor des Instituts für Meteorologie.

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