{"id":26542,"date":"2021-10-12T13:45:52","date_gmt":"2021-10-12T11:45:52","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2021\/10\/12\/das-chaos-verstehen-der-physiknobelpreis-fuer-die-klimaforschung\/"},"modified":"2025-05-14T17:03:01","modified_gmt":"2025-05-14T15:03:01","slug":"das-chaos-verstehen-der-physiknobelpreis-fuer-die-klimaforschung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2021\/10\/12\/das-chaos-verstehen-der-physiknobelpreis-fuer-die-klimaforschung\/","title":{"rendered":"Das Chaos verstehen: Der Physiknobelpreis f\u00fcr die Klimaforschung"},"content":{"rendered":"

Das Klima ist komplex. Das ist trivial, aber auch mehr als richtig. Seit ich f\u00fcr den Podcast „Das Klima“<\/a> den fast 4000 Seiten langen Bericht des Weltklimarates (und das ist nur der erste Teil!) lese, verstehe ich erst so richtig, WIE komplex es ist, wenn man verstehen will, wie das Klima der Erde funktioniert. Alles h\u00e4ngt mit allem zusammen; es gibt fast nichts, was das Klima nicht beeinflusst und kaum etwas, was vom Klima nicht beeinflusst wird. Dass wir \u00fcberhaupt vern\u00fcnftig verstehen k\u00f6nnen, was da abgeht, ist beeindruckend genug. Und das wir es so gut verstehen, wie das mittlerweile der Fall ist, ist eine gewaltige wissenschaftliche Leistung. Eine Leistung, f\u00fcr die man mehr als nur einmal einen Nobelpreis vergeben k\u00f6nnte. Aber zumindest wurde<\/i> in diesem Jahr der Nobelpreis f\u00fcr die Erforschung des Klimas vergeben und es lohnt sich, einen etwas genaueren Blick auf diese Forschung zu werfen.<\/p>\n

Ausgezeichnet wurden 2021<\/a> Syukuro Manabe und Klaus Hasselmann \u201cfor groundbreaking contributions to our understanding of complex physical systems\u201d<\/i>. Au\u00dferdem auch noch Giorgio Parisi \u201cfor the discovery of the interplay of disorder and fluctuations in physical systems from atomic to planetary scales\u201d (aber Parisis Arbeit spare ich mir f\u00fcr einen sp\u00e4teren Artikel auf, da blicke ich selbst noch nicht so ganz durch). Die Begr\u00fcndung des Nobelpreiskomitees ist wie \u00fcblich kurz und eher allgemein. „Bahnbrechende Beitr\u00e4ge“ sind ja sch\u00f6n und gut, aber um was geht es genau?<\/p>\n

Schauen wir zuerst einmal zu Syukuro Manabe. Wir wissen heute mehr als gut, dass Kohlendioxid in der Atmosph\u00e4re f\u00fcr eine Erw\u00e4rmung des Planeten sorgt. Das hat man schon im fr\u00fchen 19. Jahrhundert vermutet, danach mit Experimenten demonstriert und sp\u00e4testens seit der Arbeit von Svante Arrhenius zu Beginn des 20. Jahrhunderts wissen wir das auch genau. Der schwedische Chemiker hat damals berechnet, dass die Durchschnittstemperatur um 5 bis 6 Grad steigen w\u00fcrde, wenn sich die Menge an CO2 in der Atmosph\u00e4re verdoppelt. Diese Gr\u00f6\u00dfe nennt man heute in der Klimaforschung die „Klimasensitivit\u00e4t“<\/i> und sie ist eine zentrale Zahl wenn es darum geht, das Klima und die menschengemachte Klimakrise zu erforschen. <\/p>\n

Arrhenius‘ Arbeit war zwangsl\u00e4ufig noch etwas ungenau; Manabe wollte die Sache in den 1950er Jahren etwas genauer angehen. Er hat daher ein Modell entwickelt, mit dem sich auch die vertikale Bewegung der Luftmassen in der Atmosph\u00e4re beschreiben l\u00e4sst. Warme Luft steigt auf, kalte Luft sinkt ab. Je w\u00e4rmer die Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann sie enthalten und auch das ist ein sehr starkes Treibhausgas. Wenn die warme, feuchte Luft hoch oben in der Atmosph\u00e4re abk\u00fchlt, k\u00f6nnen sich Wolken bilden und die W\u00e4rme wieder freisetzen. Diesen Zyklus muss man ber\u00fccksichtigen, wenn man wissen will, wie sehr sich die Atmosph\u00e4re erw\u00e4rmt. Es reicht nicht einfach nur zu schauen, wie sehr die Sonne den Erdboden erw\u00e4rmt und wie viel von dieser W\u00e4rme dann in der Atmosph\u00e4re landet. Man muss auch ber\u00fccksichtigen, wie diese W\u00e4rme die Luftmassen zirkulieren und Wolken entstehen l\u00e4sst. Das l\u00e4sst sich einfach beschreiben, aber auch berechnen? Das sind, selbst mit Vereinfachungen, sehr komplexe Gleichungen die man da l\u00f6sen muss und das geht nur mit Computern. Die gab es damals nat\u00fcrlich noch nicht in der heutigen Form. Aber Manabe und seine Kollegen haben klein angefangen, mit einem eindimensionalen Modell. Also quasi einer Atmosph\u00e4re, in der es nur Bewegung nach oben und nach unten gibt, aber in keine andere Richtung. Schon diese einfachen Modelle brachten neue Erkenntniss und mit dem Fortschreiten der Computertechnik konnte Manabe auch die Modelle komplexer machen. Bis hin zu einer vollen dreidimensionalen Betrachtung der Atmosph\u00e4re; etwas, was heute Standard ist. <\/p>\n

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Klimamodelle sind komplex (Bild: NOAA, gemeinfrei<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Schon Ende der 1960er Jahre konnte Manabe zeigen, dass (auch damals schon) beobachtete Erw\u00e4rmung der Erde auf den Anstieg von Kohlendioxid zur\u00fcck gehen muss. Seine Modelle demonstrierten, dass CO2 zwar in der unteren Atmosph\u00e4re f\u00fcr eine Erw\u00e4rmung sorgt; sie am oberen Ende aber umso k\u00e4lter wird, je mehr CO2 enthalten ist. Dort gibt die Atmosph\u00e4re W\u00e4rme ins All ab und kann schnell ausk\u00fchlen; umso schneller, je w\u00e4rmer sie ist. W\u00e4re – wie fr\u00fcher immer wieder behauptet wurde und auch manche Klimawandelleugner es auch heute noch behaupten – ein Anstieg der Sonnenstrahlung verantwortlich, dann w\u00fcrde die Atmosph\u00e4re oben wie unten w\u00e4rmer werden.<\/p>\n

Manabe hat also die Grundlage der modernen Klimamodelle gelegt und konnte die Klimasensitivit\u00e4t auf 2,3 bis 3 Grad bestimmen. Die heutigen Modelle berechnen sie zu 2,5 bis 4 Grad; Manabe war also schon recht nahe dran. Mindestens ebenso wichtig wie die Arbeit von Manabe war auch die Forschung von Klaus Hasselmann. Er hat sich mit einem grundlegenden Problem der Klimaforschung besch\u00e4ftigt: Das Wetter ist chaotisch. Das bedeutet, dass die Ph\u00e4nomene die das sich t\u00e4glich \u00e4ndernde Wetter verursachen so komplex und voneinander abh\u00e4ngig sind, dass langfristige Vorhersagen unm\u00f6glich sind. Schon kleinste \u00c4nderungen k\u00f6nnen zu extrem gro\u00dfen \u00c4nderungen beim Resultat einer Vorhersage f\u00fchren. Das ist das, was man landl\u00e4ufig als „Schmetterlingseffekt“ kennt. Um das Wetter vorhersagen zu k\u00f6nnen, muss man sehr genau \u00fcber den aktuellen Zustand der Atmosph\u00e4re Bescheid wissen. Man muss die Temperatur, die Windgeschwindigkeit, die Luftfeuchtigkeit, den Luftdruck, usw nicht nur sehr genau an einem einzigen Ort kennen sondern an so vielen Orten in der Atmosph\u00e4re wie m\u00f6glich. Daraus kann man dann vorhersagen, wie sie sich in einem bestimmten Zeitraum ver\u00e4ndern werden. Ist die Ausgangssituation aber nur minimal anders – illustriert durch die Ver\u00e4nderung die der Fl\u00fcgelschlag eines Schmetterlings in der Atmosph\u00e4re verursacht – dann kann die Vorhersage unter Umst\u00e4nden ein dramatisch anderes Resultat liefern. Echte Schmetterlinge spielen in der Wettervorhersage keine Rolle, aber man kann die n\u00f6tigen Parameter nicht \u00fcberall und beliebig genau bestimmen. Und deswegen kann man das Wetter auch nur f\u00fcr kurze Zeit halbwegs exakt prognostizieren. <\/p>\n

Klima ist jetzt aber nichts anderes als die langfristige, statistische Betrachtung des Wetters. Wir k\u00f6nnen heute nicht vorhersagen, wie das Wetter an einem bestimmten Tag im kommenden Juli sein wird. Aber wir sind uns ziemlich sicher, dass der Juli tendenziell w\u00e4rmer sein wird als der Oktober. Klar, es kann durchaus Tage im Oktober geben, an denen es w\u00e4rmer ist als an manchen Tagen im Juli. Aber statistisch gesehen ist es im Sommer w\u00e4rmer als im Herbst. Das „Rauschen“ des sich kurzfristig schnell ver\u00e4ndernden Wetters macht es allerdings schwierig, das Klima vorherzusagen. <\/p>\n