Zur Verteidigung des Kohlendioxids

Harrison H. Schmitt und William Happer
Die dämonisierte chemische Verbindung ist ein Segen für die Pflanzen und korreliert nur wenig mit der globalen Temperatur.


Von allen chemischen Verbindungen der Welt hat keine einen schlechteren Ruf als Kohlendioxid. Dank der Dämonisierung dieses natürlich auftretenden und essentiellen Gases durch niedere Geister unter den Regierungsbeamten zur Kontrolle der Energieerzeugung ist das konventionelle Wissen über Kohlendioxid das eines gefährlichen Verschmutzers. Das aber stimmt einfach nicht. Im Gegensatz zu dem, was einige uns glauben machen wollen, wird der zunehmende Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre infolge zunehmender landwirtschaftlicher Produktivität vorteilhaft für die zunehmende Bevölkerung des Planeten sein.

Das Ende der beobachteten globalen Erwärmung im vergangenen Jahrzehnt oder so hat gezeigt, wie übertrieben die Vorhersagen der vom Menschen verursachten globalen Erwärmung seitens der NASA und der meisten Computervorhersagen gewesen sind – und wie wenig die Konzentrationen des atmosphärischen Kohlendioxids mit der Temperatur korrelieren. Viele Wissenschaftler haben darauf hingewiesen, dass Variationen der globalen Temperatur viel besser mit der Sonnenaktivität und mit komplizierten Zyklen in den Ozeanen und der Atmosphäre korrelieren. Es gibt nicht den kleinsten Beweis, dass mehr Kohlendioxid mehr extreme Wetterereignisse verursacht hat.

Das gegenwärtige Niveau von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre, das sich derzeit 400 ppm nähert, ist niedrig im Vergleich zu Standards der evolutionären Entwicklung der Pflanzen und der geologischen Geschichte. Das Niveau lag bei 3000 ppm oder mehr, bis vor etwa 65 Millionen Jahren die Periode des Paläozän begonnen hat. Für die meisten Pflanzen und für die Tiere und Menschen, die sie nutzen, wäre mehr Kohlendioxid ein Vorteil – und ist weit davon entfernt, ein „Verschmutzer“ zu sein, den es zu reduzieren gilt.  Diese Erkenntnis ist bei Betreibern kommerzieller Treibhäuser bereits weit verbreitet, reichern sie doch die Luft in ihren Gewächshäusern künstlich mit Kohlendioxid an, etwa bis 1000 ppm, um Wachstum und Qualität ihrer Pflanzen zu verbessern.

Mit der Energie des Sonnenlichts – zusammen mit der katalytischen Reaktion eines uralten Enzyms namens Rubisco, dem am reichlichsten auf der Erde vorkommende Protein – wandeln die Pflanzen das Kohlendioxid aus der Luft in Kohlehydrate und andere nützliche Moleküle um. Rubisco katalysiert die Haftung eines Kohlendioxid-Moleküls an ein anderes Fünf-Kohlenstoff-Molekül und erzeugt so zwei Drei-Kohlenstoff-Moleküle, die nachfolgend in Kohlenhydrate umgewandelt werden*. (Da das nützliche Produkt aus dem Einfangen des Kohlendioxids drei-Kohlenstoff-Moleküle enthält, nennt man Pflanzen, die diesen einfachen Prozess umsetzen, C3-Pflanzen). C3-Pflanzen wie Weizen, Reis, Sojabohnen, Baumwolle und viele Futtermittel haben sich entwickelt, als es viel mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre gab als heute. Folglich leiden diese landwirtschaftlichen Grundnahrungsmittel tatsächlich hinsichtlich des Kohlendioxids an Unterernährung im Vergleich zu ihren früheren Originalen.

[*Original: Rubisco catalyzes the attachment of a carbon-dioxide molecule to another five-carbon molecule to make two three-carbon molecules, which are subsequently converted into carbohydrates. – Das habe ich fachlich nicht verstanden. A. d. Übers.]

Beim gegenwärtigen geringen Niveau des atmosphärischen Kohlendioxids kann Rubisco in den C3-Pflanzen dazu führen, Kohlendioxidmoleküle durch Sauerstoffmoleküle zu ersetzen. Aber dabei reduziert sich die Effizienz der Photosynthese, vor allem bei hohen Temperaturen. Um dieses Problem zu umgehen, haben einige Pflanzen einen Weg gefunden, die Kohlendioxid-Konzentration um das Rubisco-Enzym anzureichern und die Sauerstoffkonzentration zu senken. Diese Pflanzen werden C4-Pflanzen genannt, weil sie ein Molekül mit vier Kohlenstoffatomen nutzen. Zu den Pflanzen, die sich dieses evolutionären Tricks bedienen, zählen Zuckerrohr, Mais und andere tropische Pflanzen.

Zwar haben sich C4-Pflanzen entwickelt, um mit niedrigen Niveaus von Kohlendioxid umgehen zu können, doch hat dies einen Preis, da es zusätzliche chemische Energie erfordert. Mit einem hohen CO2-Gehalt in der Atmosphäre sind C4-Pflanzen nicht so produktiv wie C3-Pflanzen, die nicht die Energie für das Kohlendioxid-Anreicherungs-System benötigen.

Das ist im Wesentlichen schon alles, was zu den Vorteilen des Kohlendioxids zu sagen ist. Derzeit zahlen die Pflanzen bei dem gegenwärtigen niedrigen Niveau von Kohlendioxid einen hohen Preis durch Wasserverbrauch. Ob es sich nun um C3 oder C4-Pflanzen handelt, die Art und Weise, mit der sie das Kohlendioxid aus der Luft holen, ist die Gleiche: Die Blätter der Pflanzen haben kleine Löcher, oder Stomata, durch die die Kohlendioxidmoleküle in das feuchte Innere der Pflanzen diffundieren können, damit die Pflanzen ihre photosynthetischen Zyklen durchführen können.

Die Dichte der Wassermoleküle innerhalb des Blattes ist typischerweise 60 mal größer als die Dichte von Kohlendioxid in der Luft, und die Diffusionsrate der Wassermoleküle ist größer als die der Kohlendioxidmoleküle.

Folglich diffundieren abhängig von Temperatur und Relativer Luftfeuchtigkeit 100 oder mehr Wassermoleküle aus dem Blatt für jedes Kohlendioxidmolekül, das hinein diffundiert. Und nicht jedes Kohlendioxidmolekül, das in das Blatt eindringt, wird in Kohlehydrate umgewandelt. Als Folge benötigen die Pflanzen viele hundert Gramm Wasser, um ein Gramm Biomasse zu erzeugen, hauptsächlich Kohlehydrate.

Getrieben durch die Notwendigkeit, Wasser zu sparen, erzeugen die Pflanzen weniger Stomata in ihren Blättern, wenn es mehr Kohlendioxid in der Luft gibt. Dies verringert die Wassermenge, die die Pflanze transpirieren muss mit der Folge, dass die Pflanze viel widerstandsfähiger gegen Trockenheit wird.

Die Ernteerträge in den jüngsten trockenen Jahren waren weniger durch Dürre betroffen als die Ernteerträge während der Staubschüssel-Dürre in den dreißiger Jahren, als der Kohlendioxidgehalt der Luft geringer war. Heutzutage im Zeitalter steigender Bevölkerungszahlen und Knappheit von Nahrung und Wasser in manchen Gebieten ist es schon verwunderlich, dass die Menschen nicht nach mehr atmosphärischem Kohlendioxid rufen. Stattdessen verdammen ihn Einige.

Wir wissen, dass der Kohlendioxidgehalt in der Erdatmosphäre in früheren Jahren viel höher war als heute, und geologische Aufzeichnungen zeigen, dass das Leben während jener Zeiten sowohl auf dem Land als auch in den Ozeanen viel reichlicher blühte als heute. Die unglaubliche Liste vermeintlicher Schrecken, die ein zunehmender Kohlendioxidgehalt mit sich bringen soll, ist reiner Glaube mit einem wissenschaftlichen Mäntelchen umhängt.

Schmitt ist Assistenzprofessor des Ingenieurwesens an der University of Wisconsin-Madison. Er war einst Astronaut bei Apollo 17 und US-Senator aus New Mexico.

Happer ist Physikprofessor an der Princeton University und war früher Direktor des Büros für Energieforschung am US-Energieministerium.

Link: http://icecap.us/index.php/go/joes-blog

Übersetzt von Chris Frey EIKE

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9 Kommentare

  1. @ #8: Dr. Gerhard Stehlik sagt am Mittwoch, 22.05.2013, 12:03
    „Die Physiker sind weit überwiegend Treibhäusler.“

    Stehliks Worte bedeuten, daß er den größten Teil der Physiker für Dummköpfe hält, dabei ist er es selber.

    Ohne CO2 wird die Erdoberfläche direkt gekühlt – und diese Kühlung ist sehr effektiv.

    Mit CO2 wird zwar die Oberfläche der Atmosphäre zwar sehr gut gekühlt (und ist kälter als die Erdoberfläche, wenn diese ohne CO2 direkt gekühlt wird – aber die Erdoberfläche wird wärmer, um den Wärmetransportwiderstand der Atmosphäre zu überwinden.

    MfG

    PS: Wer Wärmetransport ohne Temperaturdifferenz postulieren will, zeigt das er keine Ahnung von Physik hat und einfach den II. HS der TD verletzen will.

  2. #5: Ebel sagt:
    „Dort schreibt Spencer z.B. das Leute, die unsinnigerweise den Temperaturgradienten auf die Gravitation zurückführen, ihm nur die Zeit stehlen.“

    Meteorologie ist ja bekanntlich keine Geophysik.

    Die Meteorologen sind wohl fast vollständig Treibhäusler (Kramm, Spencer, Lindzen und dann steil aufwärts, was die CO2 Wirkung betrifft), einige Ausnahme Wolfgang Thüne.

    Die Physiker sind weit überwiegend Treibhäusler.

    Treibhaus heißt, die Theorie ist wichtiger als das Experiment.

    Das Experiment sagt, CO2 kühlt! Und der Messwert dafür beträgt nach IPCC global im Mittel 26 W m-2. (-4°C) an der Erdoberfläche.

    Das Treibhaus war gestern Theorie.
    Das Kühlhaus ist heute experimenteller Fakt.

    Auch EIKE kann das nicht verhindern.

    Dr. Gerhard Stehlik, Hanau (Google findet mich!)

  3. #2: Ebel sagt:
    „Der Titel „Physikprofessor“ sagt gar nichts zum Verständnis des Treibhauseffekts – das zeigt ja das Paper von Gerlich und Tscheuschner. Gerlich ist ja auch Physikprofessor.“

    Also Herr Ebel,
    ich meine Sie nehmen den Mund schon wieder zu voll!
    Nachdem Sie eben mehrere Male wegen Verbreitng von Dummfug zu Hauptsätzen/Systemen sowie Absorption/Emission abgemahnt wurden, sollten Sie wirklich etwas kürzer treten.
    Irgendwie erinnern Sie mich mit Ihrem Verhalten an unseren Gunni, der nach unzähligen Flügen mit seinem „Gunnimobil“ an die Grenze der Atmosphäre zwecks „Messung“ des Treibhauseffektes nun wieder verstärkt hier aufschlägt um seinen Frust abzulassen.
    Nehmen Sie sich endlich ein Herz, besuchen Sie entsprechende Vorlesungen an einer renomierten
    Techn. Universität und schließen Sie Ihre Verständnislücken.
    Ist besser so!

  4. @ #4: Alfred Schlohr sagt am Dienstag, 21.05.2013, 16:28
    „Aber Sie haben recht: Es gibt eine ganze Menge extrem unfähiger Physikprofessoren“

    Aber zu den gehört Karl Schwarzschild nicht – lesen Sie bitte seine Biographie: http://tinyurl.com/LeibAIP

    Und wenn Sie Schwarzschild’s Paper von 1906 ( http://tinyurl.com/ScharzS ) zur Atmosphäre verstanden haben (das Wort Sonne ist dabei unwesentlich), dann wissen Sie, wen Ihre Aussage „unfähige Physikprofessoren“ betrifft.

    MfG

    PS: Z.B. hat EIKE Roy Spencer gelobt ( http://tinyurl.com/RySpenc ). Wenn ich auch nicht allen Aussagen Spencers zustimmen kann, sollten Sie doch mal seinen Blog lesen http://tinyurl.com/Spenc80

    Dort schreibt Spencer z.B. das Leute, die unsinnigerweise den Temperaturgradienten auf die Gravitation zurückführen, ihm nur die Zeit stehlen.

  5. Her/Frau Ebel: Gerhard Gerlich hat unmissverständlich gezeigt, dass es einen „Treibhauseffekt“ in dem Sinne, wie er von den CO2-Leuten missbraucht wird, nicht gibt und nicht geben kann. Sie haben seine Artikel nicht gelesen oder nicht verstanden. Zugegeben, man braucht ein wenig Intelligenz, um den Artikel von Gerlich zu verstehen. Richtig ist, dass eine Atmosphäre wegen der Gravitation einen Höhengradient in Temperatur und Druck aufweist und Wasser mit seinen verschiedenen Phasen für die Regulierung der Erdtemperatur wichtig ist. Das ist Stoff des 2. Semesters im Physikstudium – zumindest war es früher so.
    Ein netter Versuch, von dem für die Photosynthese lebensnotwendigen Spurengas CO2 auf den (bzgl. CO2 nicht existierenden) Treibhauseffekt zu verweisen.

    Aber Sie haben recht: Es gibt eine ganze Menge extrem unfähiger Physikprofessoren, weil eben zweitklassige Leute immer drittklassige berufen. Nur so kann ich mir die „herrschende Meinung“ zu CO2 erklären. Deutschland verblödet halt nach und nach – das ist schlimm!

  6. Die Gruppenbegriffe „carbohydrates (=Kohlehydrate)“ und „Kohlenwasserstoffe“ sind definitionsgemäß nicht identisch.

  7. Fachlische Übersetzung von
    „Rubisco catalyzes the attachment of a carbon-dioxide molecule to another five-carbon molecule to make two three-carbon molecules, which are subsequently converted into carbohydrates.“

    http://tinyurl.com/Rubisc

    Rubisco katalysiert die Anlagerung eines CO2-Moleküls an ein Molekül mit 5 Kohlenstoffatomen (1 + 5 = 6), daß Anlagerungsprodukt zerfällt anschließend in zwei Moleküle mit je 3 Kohlenstoffatomen (2 * 3 = 6). Diese beiden Zerfallsmoleküle werden weiterverarbeitet zu Kohlenwasserstoffen.

    Das ist alles interessant – aber die Treibhauswirkung des CO2 wird nicht so ausführlich beleuchtet (“ und wie wenig die Konzentrationen des atmosphärischen Kohlendioxids mit der Temperatur korrelieren.“).

    Die Chemie der CO2-Bindung ist gut verstanden – aber nicht die Physik des Treibhauseffektes. Der Titel „Physikprofessor“ sagt gar nichts zum Verständnis des Treibhauseffekts – das zeigt ja das Paper von Gerlich und Tscheuschner. Gerlich ist ja auch Physikprofessor.

    MfG

  8. Die Pflanzen filtern ja nicht nur das CO2 direkt aus der Atmosphäre, sondern auch der Regen (H2O) trägt seinen Teil dazu bei, dass das CO2 aus der Atmosphäre gefilter/gespült wird und somit als Düngemittel für das artenvielfältige Erdenleben beiträgt. OHNE CO2 wäre das Leben kein Leben mehr!

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