Kohlendioxid und Klima

Dr. Peter Köhler, Physiker am Alfred-Wegener-Institut.

Klimasensitivität

Kohlenstoffkreislauf

CO₂

negative Emissionen

¹⁴C

Die Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre und die globale mittlere Oberflächentemperatur stehen in direkter Wechselwirkung zueinander. Ein Anstieg der CO₂-Konzentration führt zu einer Erwärmung, eine Abnahme zu einer Abkühlung der Oberflächentemperatur. In welchem Maß die CO₂ Konzentration in der Atmosphäre zu globaler Erwärmung führt, wird unter dem Stichwort Klimasensitivität erforscht. Sie besagt wieviel langfristige Erwärmung aus einer vorgegebenen CO₂ Konzentration erfolgt. Gleichzeitig bewirkt eine Erwärmung der Ozeane, dass die Meere weniger CO₂ speichern können, da die Löslichkeit von Gasen in Meerwasser temperaturabhängig ist. Dieser Effekt von Temperatur auf CO₂ ist Teil der physikalische Kohlenstoffpumpe, die beschreibt, wie CO₂ vom Oberflächenwasser in den tiefen Ozean transportiert wird. Beide Wechselwirkungen sind elementar für unser Verständnis des Erdsystems.

Um belastbare Aussagen über zukünftige Erderwärmungen zu machen, ist es daher essenziell, unser Wissen über Klimasensitivität und Kohlenstoffpumpen mithilfe von Modellen zu überprüfen. Dazu nutzen wir Klimadaten der Vergangenheit. Für den Kohlenstoffkreislauf stehen hierzu insbesondere die CO₂-Messungen an Eisbohrkernen über die vergangenen 800.000 Jahre zur Verfügung – ein Datensatz, der vor mehr als 15 Jahren auch von AWI-Forschenden miterhoben wurde.

Für meine aktuelle Forschung benutze ich Modelle, um die Daten der Vergangenheit zu interpretieren, aber auch um erste Abschätzungen zu möglichen Auswirkungen eventueller CO₂-Entnahme-Prozesse – sogenannte "negative Emissionen" – für die Zukunft zu machen. Hierbei hilft mir, dass in meinem Modell die Isotope des Kohlenstoffes, ¹³C und ¹⁴C, mit eingebaut sind. Durch sie können Aussagen über Veränderungen in Kohlenstoffquellen und -senken getroffen werden. Meine Expertise zu Kohlenstoffisotopen haben dazu beigetragen, die neueste internationale ¹⁴C-Alterskalibration „IntCal20“ mitzuentwickeln. Sie wird genutzt, um mithilfe von ¹⁴C-Messungen auf das Alter kohlenstoffhaltiger Proben zu schließen, eine essenzielle Anwendung in Paläoklimatologie und Archäologie.