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Okay, los geht's. Also, Kapitel... äh... dreißig, ja?
Also, erstmal, Gott sei Dank haben wir 'ne Atmosphäre, ne? Stell dir mal vor, ohne wär's hier 'ne eiskalte Kugel, so minus 50 Grad im Schnitt, brrr! Und die Atmosphäre schirmt uns ja auch ab, vor kosmischer Strahlung und so weiter, wie 'ne dicke Betonschicht, quasi viereinhalb Meter dick. Sonst würden uns die ganzen Teilchen da draußen wie kleine Messer durchbohren, echt übel. Und selbst Regentropfen wären gefährlich, ohne die Atmosphäre, Wahnsinn, oder?
Aber das Verrückte ist ja, die Atmosphäre ist gar nicht so viel, wie man denkt. Sie reicht so bis 190 Kilometer hoch, aber wenn du dir die Erde als so'n Globus auf'm Schreibtisch vorstellst, dann ist die Atmosphäre nur so dick wie, äh, ein, zwei Lackschichten, ungefähr.
Wissenschaftlich gesehen, ist die Atmosphäre in vier Schichten eingeteilt: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre und Ionosphäre, oder auch Thermosphäre genannt. Und die Troposphäre, die ist für uns natürlich Gold wert, ne? Da ist genug Wärme und Sauerstoff drin, um zu überleben. Obwohl, je höher du kommst, desto ungemütlicher wird's, das stimmt schon. Die Troposphäre ist so ungefähr 16 Kilometer dick am Äquator, aber bei uns in den gemäßigten Zonen, wo die meisten wohnen, sind's eher so zehn, elf Kilometer. Und da drin sind 80% der gesamten Atmosphäre, quasi alles Wettergeschehen, alles in dieser dünnen Schicht. Echt krass, oder? Da ist gar nicht so viel zwischen dir und dem Himmel.
Über der Troposphäre kommt dann die Stratosphäre. Wenn du so 'ne Gewitterwolke siehst, die oben so breit wird wie so'n Amboss, dann guckst du quasi auf die Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre. Das ist so 'ne Art unsichtbare Decke, die nennt man Tropopause. Ein Franzose, Léon-Philippe Teisserenc de Bort, hat die 1902 mit 'nem Ballon entdeckt. "Pause" bedeutet hier aber nicht "anhalten", sondern eher "abschließen", so wie bei "Menopause". Selbst am höchsten Punkt der Troposphäre ist die Tropopause noch nicht so weit weg. Mit 'nem modernen Aufzug in so 'nem Wolkenkratzer wärst du in zwanzig Minuten da, aber das solltest du besser lassen. Ohne Druckausgleich kriegst du da 'n ordentliches Hirn- und Lungenödem, da sammelt sich zu viel Flüssigkeit im Körper. Wenn sich die Tür öffnet, wärst du entweder tot oder zumindest kurz davor.
Aber selbst wenn's langsamer geht, ist es unangenehm. In zehn Kilometern Höhe sind's minus 57 Grad, und du brauchst Sauerstoff, unbedingt.
Wenn du die Troposphäre verlässt, wird's erstmal wieder wärmer, wegen der Ozonschicht. Und in der Mesosphäre wird's dann wieder richtig kalt, so minus 90 Grad. Und dann kommt die Thermosphäre, und da knallt die Temperatur hoch auf über 1500 Grad, und die kann sich auch noch um 500 Grad ändern, je nachdem, ob Tag oder Nacht ist. Wobei man sagen muss, dass "Temperatur" in der Höhe eher 'n theoretisches Konzept ist. Temperatur ist ja eigentlich nur 'n Maß für die Bewegung von Molekülen. Am Boden sind die Luftmoleküle dicht beieinander, die stoßen ständig zusammen und tauschen Energie aus. Aber in der Thermosphäre, so ab 80 Kilometer Höhe, ist die Luft so dünn, da sind die Moleküle kilometerweit voneinander entfernt. Die stoßen kaum noch zusammen, also wird auch kaum Wärme übertragen. Für Satelliten und Raumschiffe ist das ganz gut, sonst würden die da oben gleich Feuer fangen.
Trotzdem müssen Raumschiffe da oben vorsichtig sein, besonders beim Wiedereintritt in die Atmosphäre. Das hat man ja bei der Columbia-Katastrophe 2003 gesehen. Wenn der Winkel zu steil ist, also über sechs Grad, oder die Geschwindigkeit zu hoch, dann prallt das Raumschiff auf zu viele Moleküle, und das erzeugt Reibung, und dann brennt's. Und wenn der Winkel zu flach ist, dann prallt das Ding einfach ab, wie so'n Stein auf dem Wasser.
Um zu merken, wie sehr wir an den Boden gefesselt sind, muss man gar nicht so hoch hinaus. Jeder, der mal in 'ner Stadt mit Bergen gewohnt hat, weiß, dass es schon ab ein paar hundert Metern unangenehm wird. Selbst trainierte Bergsteiger mit Sauerstoff bekommen Höhenkrankheit: Verwirrung, Übelkeit, Müdigkeit, Erfrierungen, Unterkühlung, Appetitlosigkeit und so weiter. Der Körper sagt dir ganz deutlich, dass er nicht für so hohe Lagen gemacht ist.
"Selbst unter den besten Bedingungen", hat der Bergsteiger Peter Habeler mal über den Mount Everest geschrieben, "braucht man für jeden Schritt da oben extreme Willenskraft. Man muss sich zwingen, weiterzugehen, sich festzuhalten. Man hat immer das Gefühl, total erschöpft zu sein." Und der britische Bergsteiger und Filmemacher Matt Dickinson hat mal über Howard Somervell geschrieben, der 1924 am Everest fast erstickt wäre, weil ihm ein Stück entzündetes Gewebe in die Luftröhre gerutscht ist. Er hat's dann mit Mühe rausgehustet, und es war "die ganze mongolische Membran seines Kehlkopfes".
Ab 7500 Metern, der sogenannten "Todeszone", wird's richtig heftig. Aber viele Leute sind schon ab 4500 Metern total fertig. Und das hat fast nichts mit Fitness zu tun. Manchmal sind alte Omas topfit in der Höhe, und ihre muskulösen Enkel keuchen und müssen runtergebracht werden.
Die Grenze für dauerhaftes Leben liegt so bei 5500 Metern. Aber selbst Leute, die an die Höhe gewöhnt sind, halten das nicht lange aus. In den Anden gibt's 'ne Schwefelmine auf 5800 Metern, aber die Arbeiter gehen jeden Abend 460 Meter runter und am nächsten Tag wieder hoch, weil sie es nicht aushalten, dauerhaft da oben zu leben. Leute, die in der Höhe leben, haben oft größere Brustkörbe und Lungen und mehr rote Blutkörperchen, aber auch das hat seine Grenzen. Und über 5500 Metern können selbst die fittesten Frauen ihren Babys nicht genug Sauerstoff geben, die kommen dann zu früh zur Welt.
Im 18. Jahrhundert haben die Leute mit Ballons angefangen, Experimente in der Höhe zu machen. Und die waren überrascht, dass es da oben immer kälter wird. Pro 1000 Meter Höhe sinkt die Temperatur um etwa 1,6 Grad. Logisch wäre ja, dass es wärmer wird, je näher man an der Sonne ist. Aber erstens ist die Sonne 150 Millionen Kilometer weit weg, da machen ein paar Meter mehr oder weniger keinen Unterschied. Und zweitens... Es geht um die Dichte der Moleküle in der Luft. Sonnenlicht aktiviert die Atome, die bewegen sich schneller, stoßen zusammen und setzen Wärme frei. Die Wärme, die du auf deiner Haut spürst, ist das Ergebnis dieser Aktivierung. Aber je höher du kommst, desto weniger Atome sind da, also gibt's auch weniger Zusammenstöße.
Die Luft ist echt 'n Schwindler. Am Boden denken wir, die ist leicht, fast ohne Gewicht. Aber in Wirklichkeit ist da 'ne Menge Masse, die wir oft gar nicht merken. Manchmal steigt der Luftdruck über Nacht um ein paar Zentimeter, das heißt, da lastet fast 'ne halbe Tonne mehr Gewicht auf uns, ohne dass wir es merken. Im Gegenteil, wir fühlen uns vielleicht sogar fitter, weil wir weniger Kraft brauchen, um uns in der dichteren Luft zu bewegen. Wir werden nicht zerquetscht, weil unser Körper hauptsächlich aus Flüssigkeit besteht, und die erzeugt Gegendruck.
Aber wenn die Luft in Bewegung ist, zum Beispiel bei 'nem Sturm, dann merken wir schnell, wie schwer die ist. Wir haben so 5200 Billionen Tonnen Luft um uns herum, das sind über 9 Millionen Tonnen pro Quadratkilometer. Wenn die mit 50, 60 Kilometern pro Stunde unterwegs ist, dann brechen Äste und fliegen Dachziegel, kein Wunder. Ein typisches Wetterfront kann aus 'ner Milliarde Tonnen warmer Luft und 750 Millionen Tonnen kalter Luft bestehen. Kein Wunder, dass die Meteorologen manchmal so aufgeregt sind.
Und Energie ist da oben auch genug. Ein großes Gewitter kann so viel Energie haben wie die ganzen USA in vier Tagen verbrauchen. Gewitterwolken können 10 bis 15 Kilometer hoch werden und Auf- und Abwinde mit über 150 Kilometern pro Stunde enthalten. Die sind oft nebeneinander, deswegen fliegen Piloten da ungern durch. In der Wolke laden sich die Teilchen elektrisch auf. Aus unbekannten Gründen werden die leichteren Teilchen positiv geladen und nach oben getragen, die schwereren bleiben unten und sammeln negative Ladung. Die negativen Teilchen wollen dann unbedingt zur positiv geladenen Erde, und wehe dem, was dazwischen ist! Blitze sind mit 435.000 Kilometern pro Stunde unterwegs und können die Luft auf 28.000 Grad erhitzen, das ist viel heißer als die Sonne. Im Moment gibt's weltweit 1800 große Gewitter, im Schnitt sind das 40.000 pro Tag. Da zucken Blitze über den Planeten, etwa 100 pro Sekunde. Da ist echt was los da oben.
Und das Verrückte ist, dass wir vieles davon erst seit Kurzem wissen. Die Jetstreams, die in 9000 bis 10.000 Metern Höhe mit fast 300 Kilometern pro Stunde unterwegs sind und das Wetter auf den Kontinenten beeinflussen, haben wir erst im Zweiten Weltkrieg entdeckt, als die Piloten da reingeflogen sind. Und selbst heute gibt's noch viele Phänomene, über die wir wenig wissen. Zum Beispiel "Clear Air Turbulence", die plötzlich auftretenden Turbulenzen, die manchmal Flugzeuge durchschütteln. Ungefähr 20 Mal pro Jahr sind die so schlimm, dass sie gemeldet werden müssen. Die haben nichts mit Wolken oder anderen sichtbaren Phänomenen zu tun, das sind einfach plötzliche Luftwirbel in der klaren Luft. Ein Flugzeug von Singapur nach Sydney, das bei ruhigem Wetter über Australien fliegt, kann plötzlich 90 Meter absacken, das reicht, um unangeschnallte Leute an die Decke zu schleudern. Keiner weiß genau, wie diese Mini-Turbulenzen entstehen.
Die Luftströmungen in der Atmosphäre funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie die Prozesse im Erdinneren, nämlich durch Konvektion. Feuchtwarme Luft steigt am Äquator auf und breitet sich an der Tropopause aus. Je weiter sie sich vom Äquator entfernt, desto kälter wird sie und desto mehr sinkt sie ab. Am Boden fließt ein Teil der Luft zurück zum Äquator und schließt den Kreislauf.
Am Äquator ist dieser Prozess relativ stabil, das Wetter ist meistens gut. In den gemäßigten Zonen ist das anders, da gibt's Jahreszeiten und regionale Unterschiede. Dadurch entsteht ein ständiger Kampf zwischen Hoch- und Tiefdruckgebieten. Tiefdruckgebiete entstehen durch aufsteigende Luft, die Wassermoleküle in den Himmel transportiert, wo Wolken entstehen und es schließlich regnet. Warme Luft kann mehr Feuchtigkeit transportieren als kalte Luft, deswegen gibt's in den Tropen und im Sommer so viele heftige Regenfälle. Tiefdruckgebiete sind also meistens mit Wolken und Regen verbunden, Hochdruckgebiete mit Sonne und gutem Wetter. Wenn zwei solche Systeme aufeinandertreffen, kann man das oft an den Wolken erkennen. Wenn zum Beispiel aufsteigende, feuchte Luft nicht durch eine stabilere Luftschicht darüber hindurchkommt, dann breitet sie sich wie Rauch an der Decke aus und bildet eine Schichtwolke, so 'ne graue, unförmige Wolkendecke. Wenn du jemandem beim Rauchen zusiehst, wie der Rauch in einem windstillen Raum aufsteigt, dann kriegst du ein gutes Gefühl dafür, wie das funktioniert. Zuerst steigt der Rauch gerade auf, das nennt man "laminare Strömung", und dann breitet er sich aus und bildet wellenförmige Schichten. Selbst die größten Supercomputer können nicht genau vorhersagen, wie diese Rauchschwaden aussehen werden, und die Meteorologen sollen diese Bewegungen in einer sich drehenden, windigen Welt vorhersagen, das ist echt 'ne Herausforderung.
Was wir wissen, ist, dass die ungleiche Verteilung der Sonnenwärme zu unterschiedlichem Luftdruck auf dem Planeten führt. Die Luft kann das nicht ausstehen, die will überall gleich sein. Und der Wind ist eine Möglichkeit für die Luft, dieses Gleichgewicht zu erreichen. Die Luft strömt immer von Hochdruck- zu Tiefdruckgebieten, ist ja logisch. Stell dir irgendwas mit Druckluft vor, ein Ballon, eine Gasflasche oder ein Flugzeug ohne Fenster, die Druckluft will immer woanders hin. Je größer der Druckunterschied, desto schneller weht der Wind.
Übrigens: Die Windgeschwindigkeit nimmt exponentiell zu, wie die meisten kumulativen Dinge. Ein Wind mit 300 Kilometern pro Stunde ist nicht zehnmal stärker als ein Wind mit 30 Kilometern pro Stunde, sondern hundertmal stärker. Deswegen ist er auch so viel zerstörerischer. Wenn man Millionen Tonnen Luft auf diese Geschwindigkeit beschleunigt, entsteht eine enorme Energie. Ein tropischer Wirbelsturm setzt in 24 Stunden so viel Energie frei wie ein reiches, mittelgroßes Land wie England oder Frankreich in einem Jahr verbraucht.
Der Drang der Atmosphäre nach Gleichgewicht wurde zuerst von Edmond Halley entdeckt, und von seinem britischen Landsmann George Hadley im 18. Jahrhundert erklärt. Hadley hat festgestellt, dass auf- und absteigende Luftsäulen oft "Zellen" bilden, die sogenannten Hadley-Zellen. Hadley war eigentlich Anwalt, aber er hatte ein großes Interesse am Wetter, er war ja schließlich Brite. Er hat auch den Zusammenhang zwischen den Zellen, der Erdrotation und der scheinbaren Ablenkung der Luft erkannt. Die Ablenkung der Luft führt zu den Passatwinden. Aber die Details dieser Zusammenhänge hat erst der Ingenieur Gaspard-Gustave de Coriolis im Jahr 1835 gelöst, deswegen nennen wir das den Coriolis-Effekt. Die Erde dreht sich am Äquator mit etwa 1675 Kilometern pro Stunde. Je näher du an die Pole kommst, desto langsamer wird die Geschwindigkeit, in London oder Paris sind's nur noch 900 Kilometer pro Stunde. Der Grund dafür ist einfach: Am Äquator musst du eine viel längere Strecke zurücklegen, um wieder an deinen Ausgangspunkt zu gelangen, nämlich etwa 40.000 Kilometer. Am Nordpol musst du nur ein paar Meter gehen, um eine Runde zu drehen. Aber in beiden Fällen brauchst du 24 Stunden, um wieder am Ausgangspunkt zu sein. Je näher du also am Äquator bist, desto schneller musst du dich drehen.
Warum scheinen sich Objekte, die sich in der Luft in einer geraden Linie bewegen, die quer zur Erdrotation verläuft, auf der Nordhalbkugel nach rechts zu krümmen und auf der Südhalbkugel nach links? Der Coriolis-Effekt besagt, dass das daran liegt, dass sich die Erde darunter dreht. Um das zu verstehen, kannst du dir vorstellen, dass du in der Mitte eines großen Stadions stehst und einen Ball zu jemandem am Rand wirfst. Wenn der Ball am Rand ankommt, hat sich die Person schon weiterbewegt, und der Ball fliegt hinter ihr vorbei. Aus ihrer Sicht scheint sich der Ball in einer Kurve von ihr wegbewegt zu haben. Das ist der Coriolis-Effekt. Er sorgt dafür, dass sich Wettersysteme drehen und dass sich Wirbelstürme wie Kreisel bewegen. Der Coriolis-Effekt erklärt auch, warum die Marine beim Abfeuern von Kanonen die Richtung nach links oder rechts korrigieren muss. Sonst würde eine Kanonenkugel, die 25 Kilometer weit geschossen wird, etwa 90 Meter daneben landen.
Wenn man bedenkt, wie wichtig das Wetter für fast jeden Menschen ist, ist es schon erstaunlich, dass die Meteorologie erst im 19. Jahrhundert zu einer Wissenschaft wurde, obwohl es den Namen "Meteorologie" schon seit 1626 gibt.
Ein Problem war, dass man für eine erfolgreiche Meteorologie genaue Temperaturmessungen brauchte, und die Herstellung von Thermometern war lange Zeit schwieriger als man denkt. Genaue Messwerte hingen davon ab, dass der Innendurchmesser des Glasrohrs sehr gleichmäßig war. Das war nicht einfach zu erreichen. Der erste, der das Problem löste, war der niederländische Instrumentenbauer Daniel Gabriel Fahrenheit. Er stellte 1717 ein sehr genaues Thermometer her. Aus unbekannten Gründen legte er den Gefrierpunkt auf 32 Grad und den Siedepunkt auf 212 Grad fest. Diese merkwürdigen Werte waren von Anfang an unpraktisch. 1742 schlug der schwedische Astronom Anders Celsius eine andere Skala vor. Um zu beweisen, dass Erfinder selten alles richtig machen, setzte Celsius den Siedepunkt auf 0 Grad und den Gefrierpunkt auf 100 Grad. Aber diese Skala wurde bald umgekehrt.
Der Mann, der am häufigsten als Vater der modernen Meteorologie bezeichnet wird, ist der britische Apotheker Luke Howard. Er wurde im frühen 19. Jahrhundert bekannt. Howards Hauptbeitrag war die Benennung der Wolkentypen im Jahr 1803. Er war ein aktives Mitglied der Linnean Society und verwendete die Prinzipien von Linnaeus für sein neues Schema. Er teilte die Wolken in drei Kategorien ein: schichtförmige Wolken wurden als Stratus bezeichnet, flockige Wolken als Cumulus (lateinisch für "Haufen") und dünne, federartige Strukturen in der Höhe als Cirrus (bedeutet "gelockt"). Cirruswolken treten im Allgemeinen vor dem Eintreffen von kaltem Wetter auf. Später fügte er einen vierten Namen hinzu und nannte eine regnerische Wolke Nimbus (lateinisch für "Wolke"). Der Clou an Howards System war, dass diese Grundelemente frei kombiniert werden konnten, um jede Form und Größe von Wolken zu beschreiben, die über den Himmel zogen, z. B. Stratocumulus, Cirrostratus, Cumulonimbus usw. Das System war sofort erfolgreich, nicht nur in England. Goethe war so begeistert von dem System, dass er Howard vier Gedichte widmete.
Im Laufe der folgenden Jahre wurde Howards System um viele Details erweitert. Das Ergebnis war die enzyklopädische und wenig gelesene "International Cloud Atlas" in zwei Bänden. Interessanterweise wurden die Wolkenarten, die nach Howards Tod identifiziert wurden, wie z. B. Mammatus-, Pileus-, Velum-, Spissatus-, Floccus- und Mediocris-Wolken, angeblich außerhalb der Meteorologie kaum und innerhalb der Meteorologie nur von wenigen akzeptiert. Übrigens wurde die erste Ausgabe des Atlas aus dem Jahr 1896, die viel dünner war, in zehn grundlegende Wolkenarten unterteilt. Die vollste und kissenartigste Form, Altocumulus Lenticularis, war an neunter Stelle. (Cumuluswolken sind oft sauber und haben klare Ränder, während andere Wolkenarten verschwommen sind. Dies liegt daran, dass die feuchte Innenseite der Cumuluswolken eine deutliche Grenze zur trockenen Luft außerhalb hat. Wenn Wassermoleküle über den Rand der Wolke hinaustreten, werden sie sofort von der trockenen Luft entfernt, wodurch der Rand der Cumuluswolke sauber bleibt. Höher gelegene Cirruswolken bestehen aus Eis und dem Bereich zwischen dem Rand der Wolke und der Luft außerhalb, so dass ihre Ränder oft verschwommen sind). Der Ausdruck "Wolke sieben" scheint daher zu stammen.
Trotz ihres bedrohlichen Aussehens sind die gelegentlichen ambossförmigen Gewitterwolken im Allgemeinen harmlos und substanzlos. Eine flockige Cumuluswolke im Sommer, die sich über Hunderte von Metern erstreckt, enthält weniger als 100-150 Liter Wasser, "genug, um eine Badewanne zu füllen", wie James Trefil sagte. Wenn du wissen willst, dass Wolken nur Schall und Rauch sind, kannst du durch Nebel gehen - Nebel ist nur eine Wolke, die sich nicht weit entfernen will. Um es noch mal mit Trefil zu sagen: "Wenn du 91 Meter durch gewöhnlichen Nebel gehst, kommst du nur mit etwa 8 Kubikzentimetern Wasser in Berührung - nicht genug für einen guten Schluck." Wolken sind also keine großen Wasserspeicher. Zu jedem Zeitpunkt schweben nur etwa 0,035 % des Süßwassers der Erde über uns.
Das Schicksal eines Wassermoleküls hängt stark davon ab, wo es landet. Wenn es auf fruchtbaren Boden fällt, wird es von Pflanzen aufgenommen oder verdunstet innerhalb von Stunden oder Tagen wieder direkt. Wenn es jedoch ins Grundwasser gelangt, sieht es die Sonne möglicherweise jahrelang - oder sogar jahrtausendelang, wenn es wirklich tief fließt - nicht mehr wieder. Wenn du einen Blick auf einen See wirfst, siehst du einen Haufen Moleküle, die dort durchschnittlich schon 10 Jahre lang sind. Es wird vermutet, dass sich Wassermoleküle im Ozean eher 100 Jahre lang aufhalten. Im Allgemeinen kehren nach einem Regenguss etwa 60 % der Wassermoleküle innerhalb von ein bis zwei Tagen in die Atmosphäre zurück. Sobald sie verdunstet sind, bleiben sie etwa eine Woche lang in der Luft - Drury sagt 12 Tage - und fallen dann wieder als Regen herunter.
Die Verdunstung ist ein schneller Prozess, was man leicht am Schicksal einer Wasserpfütze im Sommer ablesen kann. Wenn man nicht ständig Wasser nachfüllt, würde selbst ein Brocken wie das Mittelmeer innerhalb von 1000 Jahren austrocknen. Das ist vor etwas weniger als 6 Millionen Jahren passiert und hat die sogenannte "Messinische Salinitätskrise" ausgelöst, weil die Kontinentalverschiebung die Straße von Gibraltar blockiert hat. Als das Mittelmeer austrocknete, fiel das verdunstete Wasser als Süßwasserregen in andere Meere. Dadurch wurde der Salzgehalt dieser Meere leicht gesenkt - gerade so weit, dass größere Gebiete gefrieren konnten. Die Ausdehnung der Eisflächen reflektierte mehr Sonnenwärme und stürzte die Erde in eine Eiszeit. Zumindest theoretisch.
Was wir wissen, ist, dass schon kleine Veränderungen in der Dynamik der Erde unvorstellbare Folgen haben können. Und wie wir gleich sehen werden, sind vielleicht auch wir aus solchen Ereignissen hervorgegangen.
Die Ozeane sind die eigentliche Triebkraft für die Aktivitäten auf der Erdoberfläche. Tatsächlich betrachten Meteorologen die Ozeane und die Atmosphäre zunehmend als ein einziges System, weshalb wir hier noch ein paar Worte dazu verlieren wollen. Wasser ist sehr gut darin, Wärme zu speichern und zu transportieren - unvorstellbare Mengen an Wärme. Der Golfstrom transportiert jeden Tag so viel Wärme nach Europa wie die gesamte Kohleproduktion der Welt in 10 Jahren. Das ist der Grund, warum das Klima in Großbritannien und Irland im Winter milder ist als in Kanada und Russland. Aber Wasser erwärmt sich nur sehr langsam, so dass das Wasser in Seen und Schwimmbädern auch an den heißesten Tagen noch kühl ist. Aus diesem Grund kommt es oft vor, dass eine Jahreszeit aus astronomischer Sicht schon begonnen hat, sich aber noch nicht so anfühlt. So beginnt der Frühling auf der Nordhalbkugel im März, aber die meisten Orte fühlen sich erst im April frühlingshaft an.
Das Meerwasser ist keine homogene Masse. Es gibt Unterschiede in Temperatur, Salzgehalt, Tiefe und Dichte, die einen großen Einfluss darauf haben, wie Wärme transportiert wird, und somit auch auf das Klima. So ist der Atlantik salzhaltiger als der Pazifik, was auch gut so ist. Je salzhaltiger das Wasser, desto größer die Dichte und desto mehr sinkt es ab. Wenn der Atlantik nicht mit der zusätzlichen Salzfracht zu kämpfen hätte, würde er bis in die Arktis vordringen und diese erwärmen, aber Europa würde die wenige Wärme, die es hat, ganz verlieren. Der wichtigste Wärmeüberträger auf der Erde ist die sogenannte thermohaline Zirkulation. Sie hat ihren Ursprung in langsamen Strömungen in den Tiefen des Ozeans. Dieser Prozess wurde 1797 von dem Wissenschaftler und Abenteurer Graf Rumford entdeckt. ("Thermohaline Zirkulation" scheint für verschiedene Menschen unterschiedliche Bedeutungen zu haben. Carl Wunsch vom MIT veröffentlichte im November 2002 einen Artikel mit dem Titel "Was ist thermohaline Zirkulation?" in der Zeitschrift "Science". Er argumentierte, dass der Begriff in mindestens sieben wichtigen Zeitschriften mindestens sieben verschiedene Phänomene bezeichnet (Konvektion auf dem Meeresboden, Konvektion aufgrund unterschiedlicher Dichte oder Auftrieb, "Konvektion von Materie in entgegengesetzten Nord-Süd-Richtung", usw.), die alle mit Meeresströmungen und dem Wärmetransport in Verbindung stehen. Ich verwende den Begriff hier in seiner allgemeinen Bedeutung). Es funktioniert so: Wenn das Oberflächenwasser in der Nähe von Europa ankommt, nimmt seine Dichte zu, es sinkt in die Tiefe und kehrt langsam auf die Südhalbkugel zurück. Dort trifft es auf die antarktische Zirkumpolarströmung und wird in den Pazifik gedrückt. Dieser Prozess ist langsam - das Wasser braucht 1500 Jahre, um vom Nordatlantik in den mittleren Pazifik zu gelangen -, aber die Menge an Wärme und Wasser, die transportiert wird, ist beträchtlich und hat einen großen Einfluss auf das Klima.
(Wie kann man berechnen, wie lange ein Tropfen Wasser braucht, um von einem Ozean in einen anderen zu gelangen? Die Antwort lautet: Wissenschaftler können die Vermischung von Stoffen im Wasser messen, z. B. Fluorchlorkohlenwasserstoffe, und so berechnen, wie lange es her ist, dass es zuletzt mit der Luft in Berührung gekommen ist. Durch den Vergleich von Messungen in verschiedenen Tiefen und an verschiedenen Orten können sie eine relativ genaue Karte der Wasserbewegung erstellen).
Die thermohaline Zirkulation transportiert nicht nur Wärme, sondern rührt durch die Bewegung der Strömungen auch Nährstoffe auf und sorgt so dafür, dass ein größeres Gebiet für Fische und andere Meerestiere bewohnbar ist. Leider scheint die thermohaline Zirkulation aber auch sehr empfindlich auf Veränderungen in der Umgebung zu reagieren. Computersimulationen haben gezeigt, dass schon eine geringfügige Senkung des Salzgehalts des Ozeans - z. B. durch das beschleunigte Schmelzen des grönländischen Eisschilds - diesen Kreislauf katastrophal stören könnte.
Das Meer tut uns noch einen weiteren Gefallen. Es nimmt große Mengen an Kohlenstoff auf und hat Möglichkeiten, den Kohlenstoff sicher zu lagern. Die Sonne brennt jetzt etwa 25 % heißer als zu Beginn der Entstehung des Sonnensystems. Deshalb hätte die Erde eigentlich viel heißer sein müssen als sie ist. Tatsächlich hätte diese massive Veränderung der Erde absolut katastrophale Folgen haben müssen, aber unsere Welt scheint kaum betroffen zu sein", wie der britische Geologe Aubrey Manning sagte.
Was hält diesen Planeten also stabil und kühl? Das Leben. Wenn der Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid in der Luft mit dem Regen herunterfällt, wird er von unzähligen Billionen winziger Meereslebewesen eingefangen und zur Herstellung ihrer winzigen Schalen verwendet. Das sind Organismen, von denen die meisten von uns noch nie gehört haben, wie z. B. Foraminiferen, Coccolithen, Kalkalgen usw. Sie schließen den Kohlenstoff in ihren Schalen ein und verhindern, dass er durch erneute Verdunstung in die Atmosphäre gelangt, wo er ein gefährliches Treibhausgas bilden würde. Schließlich sterben die winzigen Foraminiferen, Coccolithen usw. und sinken auf den Meeresboden. Sie werden zu Kalkstein zusammengepresst. Es ist erstaunlich, wenn man sich so außergewöhnliche natürliche Besonderheiten wie die Kreidefelsen von Dover in England ansieht und daran denkt, dass sie fast ausschließlich aus abgestorbenen Meereslebewesen bestehen. Aber noch erstaunlicher ist, dass man weiß, wie viel Kohlenstoff diese Lebewesen im Laufe der Zeit aufgenommen haben. Ein 15 Kubikzentimeter großer Klumpen Kreide aus Dover enthält mehr als 1000 Liter komprimiertes Kohlendioxid. Ansonsten würde uns dieses Kohlendioxid überhaupt nicht guttun. Insgesamt befindet sich etwa das 2000-fache des Kohlenstoffs in der Atmosphäre in den Gesteinen der Erde. Ein großer Teil dieses Kalksteins wird schließlich zu Vulkanmaterial, das wieder in die Atmosphäre gelangt und als Regen auf die Erde fällt. Der gesamte Prozess wird daher als langer Kohlenstoffkreislauf bezeichnet. Es dauert sehr lange, bis der Prozess abgeschlossen ist - etwa 500.000 Jahre für ein gewöhnliches Kohlenstoffatom. Ohne äußere Einflüsse trägt dies zur Klimastabilität bei.
Leider stören wir Menschen diesen Kreislauf willkürlich, indem wir große Mengen an zusätzlichem Kohlenstoff in die Atmosphäre freisetzen, ohne Rücksicht darauf, ob die Foraminiferen darauf vorbereitet sind. Schätzungen zufolge haben wir seit 1850 etwa 100 Milliarden Tonnen zusätzlichen Kohlenstoff in die Luft freigesetzt, und diese Zahl steigt um etwa 7 Milliarden Tonnen pro Jahr. Insgesamt ist das eigentlich nicht viel. Die Natur - vor allem durch Vulkanausbrüche und die Verrottung von Bäumen - setzt jährlich etwa 200 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre frei, fast das 30-fache der Emissionen unserer Autos und Fabriken. Aber ein Blick auf unsere nebligen Städte oder den Grand Canyon, manchmal sogar auf die Kreidefelsen von Dover, zeigt, wie viel unsere Beteiligung ausmacht.
Aus sehr alten Eisbohrkernen wissen wir, dass die "natürliche" Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre - also die Konzentration, bevor unsere industriellen Aktivitäten noch eins draufgesetzt haben - etwa 280 ppm betrug. Als die Labormitarbeiter 1958 begannen, sich damit zu befassen, war diese Zahl bereits auf 315 ppm gestiegen. Heute liegt die Zahl bei über 360 ppm und steigt weiter um etwa 0,25 Prozent pro Jahr. Prognosen zufolge wird diese Zahl bis zum Ende des 21. Jahrhunderts etwa 560 ppm erreichen.
Bislang haben die Ozeane und Wälder der Erde (die ebenfalls große Mengen an Kohlenstoff aufnehmen) es geschafft, uns vor dem Untergang zu bewahren. Aber wie Peter Cox vom britischen Wetterdienst sagte: "Es gibt eine kritische Linie. An diesem Punkt kann die Biosphäre der Natur die Auswirkungen unserer Kohlendioxidemissionen auf uns nicht mehr abmildern, sondern beginnt, sie noch zu verstärken." Es wird befürchtet, dass sich die globale Erwärmung rapide verschlimmern wird. Da sich viele Bäume und andere Pflanzen nicht anpassen können, werden sie absterben und den gespeicherten Kohlenstoff freisetzen, wodurch das Problem noch verschärft wird. Dieser Kreislauf hat in der fernen Vergangenheit gelegentlich stattgefunden, auch ohne das Zutun des Menschen. Aber selbst dann vollbringt die Natur Wunder, was eine gute Nachricht ist. Mit ziemlicher Sicherheit wird sich der Kohlenstoffkreislauf irgendwann erholen und der Erde eine stabile und schöne Umgebung zurückgeben. Das letzte Mal, dass das passiert ist, hat es nur 60.000 Jahre gedauert.