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Magazin für Umwelt- und Tierschutz


 Geoengineering - Das letzte Gefecht 2: Abschattung durch Schwefeldioxid

Inhalt

2 Abschattung der Erde
    2.1 Plan B: Schwefeldioxid
        2.1.1 Die Idee
        2.1.2 Die Technologie
        2.1.3 Bedenken
        2.1.4 Kriterien
Einige Quellen
Aktualisierungen

2 Abschattung der Erde

2.1 Plan B: Schwefeldioxid

2.1.1 Die Idee

Nach Ausbrüchen großer Vulkane stellten die Menschen fest, dass allgemein die Temperatur sank. Heute kennen Wissenschaftler den Grund des Phänomens: Schwefeldioxid (SO2). 1991 brach auf den Philippinien der Vulkan Pinatubo aus. Er stieß Asche und Schwefel 20 Kilometer hoch in die Atmosphäre. 20 Millionen Tonnen davon waren Schwefeldioxid. Bei großen Eruptionen werden dieses Gas bis in die Stratosphäre geschleudert. Dort reagiert es chemisch mit anderen Molekülen wie Hydroxidionen (OH-), biatomaren Sauerstoffmolekülen (O2) und Wasser (H2O). Das Ergebnis ist Schwefelsäure (H2SO4). Diese Moleküle bilden gemeinsam mit Wasser und anderen Substanzen Partikel von etwa einem Mikrometer Durchmesser (Sulfattröpfchen). Damit sind sie in der Lage, das einfallende Sonnenlicht zu reflektieren. So sank nach der Pinatubo-Eruption ein halbes Jahr lang die Durchschnittstemperatur der Erdatmosphäre um ein halbes Grad Celsius. Die Schwefelsäurewolken streuen das Licht und lassen den Himmel milchiger und die Sonnenuntergänge röter erscheinen. Das erkennt man auch auf Gemälden, die nach Vulkanausbrüchen gemalt wurden. Eine Beobachtung, die sich auch nach dem Pinatubo-Ausbruch bestätigte. Doch - und das ist ganz wichtig - auch die infrarote Wärmestrahlung wird abgefangen. Klimasimulationen von David S. Battisti von der Universität von Washington bestätigen die von Vulkanen bekannte Kühlwirkung. Die Wirkung ist also bewiesen.

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2.1.2 Die Technologie

Prinzip. Bereits 1974 machte der bekannteste sowjetische Klimaforscher Mikhail Budyko den Vorschlag, große Mengen Schwefeldioxid in der Atmosphäre freizusetzen. Damit wollte er der Erderwärmung begegnen. Der russische Physiker (damals am Geophysikalischen Hauptobservatorium in Leningrad) sprach sich 1977 gegen die Beeinflussung des Klimas aus zivilen und militärischen Gründen aus. Der Wissenschaft war die Bedrohung bewusst, doch man war sich nicht sicher. Dann kam 1992 der erste Umweltgipfel, der in Rio de Janeiro stattfand und der die großen internationalen Abkommen zum Umweltschutz begründete.

Der Wissenschaftler Paul Crutzen sah, dass nach dem Umweltgipfel zwar alle Politiker voller Begeisterung waren. Doch zurück in der Realpolitik, ließ das Engagement rasch nach. 1997 spielte sich in Kyoto das Gleiche ab. Bis 2000 war Crutzen Leiter der Abteilung für Atmosphärenchemie der Universität Mainz und hatte für seine Forschungen zum Ozonloch 1995 den Nobelpreis erhalten. 2006 war der Klimawandel weiter fortgeschritten und die Durchschnittstemperaturen um 0,5 Grad gestiegen. Doch die internationalen Verhandlungen brachten noch immer keine Lösung. Angesichts dieser Stagnation entwickelte Crutzen auf sieben DIN A5 Seiten seinen Plan, der Erde einen Sonnenschutz zu verpassen. Das, was man zuvor mühsam durch Vorschriften und Filteranlagen von der Luft ferngehalten hatte, sollte nun gezielt und in genau berechneten Mengen freigesetzt werden, nämlich das Schwefeldioxid. Genau wie die kurzfristigen Auswirkungen der Vulkanausbrüche, sollte es nun dauerhaft die Erde schützen. Dabei griff er auf die Berechnungen Budykos zurück. Zunächst vermutete Crutzen nur, dass es funktionieren könnte. 2006 schlug er vor, man müsse es einmal durchrechnen und forderte andere zur Mitarbeit auf. Die Fachkollegen waren nicht begeistert. Sie erkannten, dass solch eine Möglichkeit den Druck von der Politik nehmen könnte, die sich ohnehin schon schwer zum Handeln bewegen ließ. Außer Crutzen und einem kleinen Kreis von Forschern berechnete niemand die erforderlichen Mengen. In Computersimulationen setzten sie 0,1 Millimeter große Schwefelteilchen oberhalb von 10 Kilometern frei, also in der Stratosphäre. Sie beobachteten, dass sich die Gase mit den bekannten Luftströmungen verteilten. Die Pole blieben verschont, denn dort ist die Sonnenstrahlung geringer. Es ergab sich, dass 2 Millionen Tonnen ausreichten, um den Temperaturanstieg zu bremsen. Das sind zwar nur zwei Prozent der ohnehin freigesetzten Menge. Doch sie befinden sich in der Stratosphäre und nicht - wie schon heute - in der erdnahen Troposphäre Später favorisierte auch Tom M. L. Wigley vom US-amerikanischen National Center for Atmospheric Research (NCAR) dieses Verfahren. Es wäre billig und leicht in die Tat umzusetzen. Doch es hatte auch einen Nachteil. Beim Ausbruch des Pinatubo beobachteten Wissenschaftler, dass sich durch Schwefelsäure die Ozonschicht verstärkt abbaut. Eine Tatsache, die auch Crutzen bewusst ist. Man müsse abwägen, welches Risiko größer ist. Er würde dieses Experiment auch gern vermeiden.

Transportmittel. Auch der Transport des Schwefeldioxid in die Stratosphäre wäre kein Problem. Man braucht nur ein Transportmittel, um 10 Kilometer Höhe zu erreichen. Budyko wollte Flugzeuge aufsteigen lassen und sie in großen Höhen stark schwefelhaltigen Treibstoff verbrennen lassen. Der Schwefel im Kerosin verbrennt mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid. Crutzen schlug vor, Ballone mit gasgefüllten Behältern aufsteigen lassen. Andere Wissenschaftler planen, von Kriegsschiffen Granaten in die Höhe zu schießen. Wissenschaftler der Universität Mainz planten 2009 den Einsatz eine Flugzeugs. Alan Robock von der Rutgers University (USA) nannte 2010 neben Flugzeugen und Artillerie andere Lösungen: zerplatzende Ballons oder einen 20 Kilometer hohen Turm am Äquator.

Menge. Die nächste Frage ist, wieviel Schutzgas notwendig ist. Wigley spricht von fünf Millionen Tonnen Schwefel pro Jahr, Crutzen und Philip J. Rasch vom NCAR sprachen 2009 von nur noch 1,5 Millionen Tonnen, wenn die Teilchen nicht größer als 0,2 Mikrometer groß wären. Dagegen setzt die Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe wie Kohle oder Erdöl jährlich 55 Millionen Tonnen Schwefeldioxid frei. Wenn auch das SO2 schwerer ist als ein Schwefelatom, zeigt der Vergleich die Machbarkeit.

Was geschieht, wenn man die Freisetzung einstellt? Crutzen sieht es als Vorteil an, dass man das Experiment jederzeit beenden kann. Wenn man aufhöre, Schwefel freizusetzen, wäre innerhalb weniger Jahre alles wieder aus der Atmosphäre verschwunden. Das heißt, dass man die Arbeit nicht unterbrechen darf. Es heißt aber auch, dass die Säure auf die Erde zurückfällt und dort den Sauren Regen verstärkt. Kritiker halten eine kohlendioxid- und schwefelreichere Welt zwar für ausgeglichen, aber auch für anders, als die gewohnte.

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2.1.3 Bedenken

Bedenken zu Tests: Der Meteorologe Alan Robock von der Rutgers University (USA) sprach in einer Sendung des Deutschlandfunks über die Probleme der ersten Tests. Erste Vorschläge gehen von zwei Fluzeugen aus, von denen eines sprüht und das folgende die Ergebnisse misst. Doch bezweifelte er, dass dies ausreicht. Um eine richtige Wolke in der Stratosphäre herzustellen, bräuchte man eine ganze Flotte bemannter und unbemannter Flugzeuge, die das Schwefeldioxidgas in einer bestehenden Wolke freisetzen. Es braucht einige Wochen, bis sich Tropfen bilden und in dieser Zeit haben sich kleine Wolken bereits verflüchtigt. Doch eine große Wolke wäre der erste massive Eingriff des Geoengineering ins Klimasystem Erde. Doch auch dann ist es schwer, Ergebnisse zu erhalten. Wetter und Klima sind Schwankungen unterworfen. Um eine einigermaßen sichere Aussage zu erhalten, müsste man die künstliche Wolke über lange Zeit erhalten. Wenn während der Tests eine Dürre ausbricht, ist es dann ein natürliches Phänomen oder das Geoengineering? Robock hält zehn Jahre oder mehr für erforderlich. Aber macht man Versuche in diesem Maßstab, kühlt man bereits die Erde künstlich ab. Nach Abschluss des Versuchs würde sich die Erde sprunghaft erwärmen. Einen begrenzten Test hält er für unmöglich. Dennoch schug er vor, ein Prozent der Gelder, die für Klimaforschung ausgegeben werden werden, in solche Projakte zu stecken. Das würde es Wissenschaftlern erlauben, neben den wichtigen Forschungen auch das Geoengineering zu verfolgen. (Lublinski, 2010)

Schädlich in der Troposphäre. Doch hatte man sich nicht jahrelang erfolgreich bemüht, Schwefeldioxid aus der Atmosphäre zu entfernen? Es reizt Haut und Schleimhäute. Es führt bei höheren Konzentrationen zu Atembeschwerden, besonders bei Asthmatikern. An Pflanzen baut es das Chlorophyll ab, das für die Photosythese notwendig ist. Laut Weltgesundheitsorganisation immer noch jährlich 500.000 Menschen durch dieses Gas. Die Reduktion des Schadstoffes war richtig und notwendig. Gesundheit gegen Klimaschutz? Um diesen Konflikt wissen auch die Fachleute. Crutzen schlug daher vor, das SO2 in der Stratosphäre freizusetzen. Von der Erdoberfläche aus gesehen, beginnt die Atmosphäre mit der Troposphäre, darüber liegt die Stratosphäre. Bei etwa 10 Kilometern (an den Polen ist die Höhe geringer und am Äquator größer) sind beide durch eine Grenzschicht, die Tropopause getrennt. Sie verhindert einen Austausch der Gase beider Schichten. Das Wettergeschehen endet an dieser Grenze. Wolken können sie nicht überschreiten. Nur starke Vulkansausbrüche schleudern ihr Material über sie hinaus. Damit wäre die Menschheit geschützt. Dennoch befürchten Wissenschaftler die Entstehung sauren Regens, der laut Alan Robock von der Rutgers University in bisher verschonten Regionen fallen könnte. Selbst wenn das geschieht, wäre der Effekt wegen der ausgebrachten Mengen gering.

Ein weiterer Einwand ist, dass sowohl Kohlendioxid als auch Schwefeldioxid Wind- und Niederschlagssysteme beeinflussen. Nach dem Ausbruch des Pinatubo sanken die Niederschlagsmengen und in der Folge auch die Wassermengen in den Flüssen dramatisch. Nur, wenn Wasser verdunstet, kann es als Regen wieder herab fallen. Auch das Wasser in den Böden verdunstete nicht, worauf sie feuchter blieben. Das stellen Kevin E. Trenberth und Aigou Dai vom NCAR fest. Beides ist Folge des kühleren Klimas. Doch Ken Caldeira von der Carnegie Institution for Science in Stanford (Kalifornien) führte Klimasimulationen durch, bei denen er einmal nur das Kohlendioxid berücksichtigte und einmal zusätzlich das Schwefeldioxid. Bei reiner CO2 Emission nahmen die Niederschläge sehr viel stärker ab.

Ein anderes Spurengas, dessen Emissionen mit viel Mühe beendet wurden, sind die Flourchlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Was als reaktionsarmes Treib- und Kühlgas entwickelt wurde, begann die Ozonschicht zu zerstören. 1987 beschlossen die Vereinten Nationen das Montreal Protokoll. Wird dieses Übereinkommen befolgt, wird das Ozonloch bis 2070 verschwunden sein. Was als großer Erfolg gefeiert wurde, könnte das SO2 zunichte machen. Die zerstörenden chemischen Reaktionen laufen nämlich nur unterhalb einer bestimmten Temperatur ab und benötigen die Oberfläche von Teilchen in der Stratosphäre, denn dort liegt die Ozonschicht. Das wurde tatsächlich nach der Pinatubo-Eruption beobachtet, doch die folgenden Winter fielen mild aus, was die Ozonzerstörung verringerte. Die Partikelzahl würde sich durch die künstliche Ausbringung von SO2 erhöhen. Doch wie ist es mit der Temperatur? Die Abstrahlung der Wärme der Erdoberfläche wird bereits in der Troposphäre behindert und dort staut sich die Wärme. Der gasförmige Schutzschild würde die Zufluß weiterer Wärme reduzieren und die globale Erwärmung bremsen. Das würde auch in der Stratosphäre geschehen, die aber nicht aufgeheizt ist. Sinken hier die Temperaturen, entstünden günstigere Arbeitsbedingungen für die zerstörerischen FCKW. Andererseits gelangen auch kaum neue FCKW in die Ozonschicht und die vorhandenen werden weiter abgebaut. Ihre Konzentration sinkt also. Sie werden aktiver, aber gleichzeitig immer weniger.

Die Methode scheint also ohne Risiken zu sein. Doch auch die FCKW erschienen ungefährlich, bevor man ihre Wirkung auf das Ozon entdeckte. Würde man große Mengen davon in solchen Höhen freisetzen, könnten noch unbekannte Nebenwirkungen auftreten. Auch Entdecker Crutzen warnt davor, sie zu unterschätzen.

Wissenschaftler sehen also diese Gefahren:

  • Die Erde würde insgessamt dunkler werden.
  • Regionale Wind- und Niederschlagsmuster könnten sich unvorhersehbar verändern.
  • Es würde weniger Wasser zu Wasserdampf verdunsten. Doch der ist Teil des Wasserkreislaufs und die Voraussetzung für Niederschläge. Weniger Verdunstung bedeutet weniger Regen.
  • In der erdnahen Troposphäre ist Schwefelsäure Ursache des sauren Regens. Gerät mehr davon in den Wasserkreislauf, nimmt auch der saure Regen zu. Das könnte zu Waldschäden führen.
  • Die Schwefelsäure könnte den Abbau der Ozonschicht fördern.
  • Das Verfahren ist so preiswert, dass Staaten im Alleingang handeln könnten, statt ihren Einsatz weltweit zu koordinieren.
  • Schließlich bedarf der Schutzschild einer ständigen Pflege. Immer neues Schwefeldioxid müsste in der Stratosphäre freigesetzt werden. Versäumt man das oder ist nicht mehr dazu in der Lage, verliert er seine Wirkung und die Durchschnittstemperaturen steigen schlagartig an.

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2.1.4 Kriterien

  • Funktioniert das Verfahren? Ja. Die Technologie steht zur Verfügung. Die Wirkung ist anhand von Vulkanausbrüchen und Simulationen bewiesen.
  • Sind die Nebenwirkungen beherrschbar? Das ist noch nicht sicher.
  • Es muss auch funktionieren, wenn die Kohlendioxidkonzentration weiter ansteigt. Es ist nur dazu geeignet, Zeit zu gewinnen.
  • Ist es bezahlbar? Oder sind Maßnahmen, die an der Ursache des Klimawandels ansetzen, billiger? Es ist bezahlbar.

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Einige Quellen

Galileo, 2009: Galileo, Lösungen für das Klima, Wissenssendung, PRO 7

Güssow, 2009: Güssow, K., A. Oschlies, A. Proelss, K. Rehdanz and W. Rickels, 2009: Ocean iron fertilization: Why further research is needed. Kiel Working Paper No. 1574, Kiel Institute for the World Economy, Düsternbrooker Weg 120, 24105 Kiel, Germany. (http://www.ifw-members.ifw-kiel.de/publications/ocean-iron-fertilization-why-further-research-is-needed/kwp1574)

Kneip, 2007: Ansbert Kneip, Der letzte Plan, in: Spiegel spezial: Neue Energien, Ausgabe 1, 2007

Kunzig, 2009: Robert Kunzig, Ein Sonnenschirm für den blauen Planeten, in: Spektrum der Wissenschaft, Juli 2009

Lublinski, 2010: Jan Lublinski, Probleme mit Partikeln, in: Forschung aktuell, Deutschlandfunk, 29.1.2010, 16:35 Uhr

Möcker, 1996: Volkhard Möcker, Was Sie schon immer über Auto und Umwelt wissen wollten, Umweltbundesamt, Verlag W. Kohlhammer, Stuttgart, Berlin, Köln, 5/1996

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Autor

Autor: Jörg Wieprzeck
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Aktualisierungen

11.09.2009: Artikel angelegt

01.03.2010: Um die Abschattung durch Schwefeldioxid erfolgreich zu testen, müsste dieser Test langfristig angelegt sein. Dann aber würde man bereits Geoengineering betreiben.

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