by metin2783

Stratosphärische Injektion

Vulkane machen vor, wie man die Erde schnell abkühlen kann: Eine massive Injektion von Aerosolen in die obere Atmosphäre. Das führt zu drei Effekten, deren Strahlungsantrieb in der Summe negativ ist: a) Verstärkte Reflektion und Streuung von Sonnenlicht durch die Aerosol-Teilchen, b) Verstärkte Absorption von Sonnenlicht und terrestrischer thermischer Rückstrahlung, c) Verstärkte Reflektion von Sonnenlicht durch verstärkte Wolkenbildung. Klimasimulationen sind sich recht einig darüber, welches Potential für stratosphärische Injektion besteht. Angegeben ist der erwartete Strahlungsantrieb (Radiative Forcing) bei einer Injektion einer gewissen Anzahl Megatonnen Sulfaten pro Jahr in 20-25 km Höhe, gemittelt über die gesamte Atmosphäre:

Ein Strahlungsantrieb von -2 W/m² ließe sich also schon mit grob 10 Mt/a erreichen, -3 W/m² mit 25-30 Mt/a. Die letzte verlinkte Studie beschreibt -2 W/m² als den Grenzwert, der auch bei Erhöhung der Injektionsrate nicht überschritten werden kann, jedoch betrachtet diese nur die Auswirkung der direkten Effekte a) und b). Die anderen Studien, welche jeweils die Summe aller Effekte simulieren, finden einen solchen Grenzwert nicht. Wobei auch bei diesen für hohe Injektionsraten eine Reduktion gegenüber einer naiven linearen Fortsetzung des Trends festgestellt wird. Dass mit steigenden Injektionsraten ab einem gewissen Punkt ein Grenzwert für den Strahlungsantrieb erreicht werden kann ist also gut denkbar, jedoch scheint das noch nicht für Injektionsraten < 50 Mt/a der Fall zu sein.

Alle Studien gehen von einer Injektion in Äquatornähe aus, da hier die Luftströmungen die Aerosole am effektivsten über die gesamte Atmosphäre verteilen. Jedoch wird trotz der relativ effektiven Verteilung bei keiner Simulation eine Gleichverteilung erreicht. Die Konzentrationen bleiben im Äquator höher und der Strahlungsantrieb an den Polen sehr gering. Eine mittlerer Strahlungsantrieb von -2 W/m² sollte man also verstehen als -4 W/m² am Äquator, -2 W/m² in milden Regionen und praktisch 0 W/m² in der Arktis. Die Arktis würde jedoch durch bestehende Mechanismen zum Wärmetransfer (z.B. Verdampfen in den Tropen und Abregnen in der Arktis) trotzdem von der Injektion profitieren. Bei 12 Mt/a ist eine Umkehr des Eisverlustes in der Arktis um 20-40 Jahre möglich.

Für die Reduktion der globalen Temperatur ergibt sich folgendes. Man sollte bei diesen Angaben bedenken, dass die erzielte Reduktion sehr stark davon abhängt, wann die Injektion beginnt, wie lange die Injektion läuft und welche anderen Maßnahmen zur Mitigation des Klimawandels parallel dazu eingesetzt werden.

Wichtig ist hier die Berücksichtigung des Termination Shocks. Nach Beendigung der Injektion wirken die zu dieser Zeit aktuellen Strahlungsantriebe wieder unvermindert. Wurden diese über den Zeitraum der Injektion nicht reduziert, dann folgt ein entsprechender Anstieg der Temperatur. Im Extremfall (Null parallele Mitigation, Szenario RCP8.5) wird der Effekt der Injektion nach einigen Jahrzehnten komplett verpuffen und die Temperatur erreicht wieder grob jene Werte, die man auch ohne Injektion erhalten hätte. Mit paralleler Mitigation lässt sich jedoch durch die Injektion, auch bei Auftreten eines Termination Shocks, ein permanenter positiver Effekt auf die globale Temperatur erzielen.

Bezüglich maximal erreichter Temperatur im Laufe des Wandels produziert eine eigene Simulation mit einer “Spielzeugatmosphäre” eine Reduktion von -0,4 °C im Jahr 2080 (Maximum) bei einmaliger Injektion von 10 Mt/a zwischen 2050-2060 und paralleler Mitigation grob entsprechend dem Szenario RCP2.6. Eine Injektion 20-30 Jahre vor dem injektionsfreien Maximum scheint auch in anderen Szenario stets den größten Effekt auf die maximal erreichte Temperatur zu haben. Für die gesamte absorbierte Wärme über einen längeren Zeitraum spielt das Timing der Injektion jedoch kaum eine Rolle. Disbezüglich ergibt sich immer eine ähnliche Reduktion von 10-15 %. Die Simulation bestätigt auch, dass ohne parallele Mitigation der Effekt der Injektion schnell verpufft.

Zu den Kosten: Diese sind im Vergleich zu anderen Methoden zur Reduktion der globalen Temperatur recht gering. In Klammern ist der Anteil der jeweiligen Kosten am Welt-GDP (87.000 Milliarden) angegeben:

Die möglichen Gefahren einer Injektion habe ich bisher noch nicht zusammengetragen, ich will das in einem späteren Eintrag nachholen. Die Natur hat prinzipiell demonstriert, dass eine massive Injektion von Aerosolen in die obere Atmosphäre ohne katastrophale Langzeitfolgen für das Klima möglich ist. Die plötzliche Abkühlung, die in der Vergangheit für den Großteil der negativen Folgen verantwortlich war, ist in diesem Fall der gewünschte Effekt. Jedoch gibt es viele Unbekannte, wie z.B. den Effekt auf Ozon oder Landwirtschaft.

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