Teil IV: Die Welt und das Universum

Kapitel 14: Klimawandel

Ich habe einmal eine Vorlesung an der Universität in Reykjavik, der Hauptstadt Islands, gehalten.

Als sich das Flugzeug dem Flughafen näherte, blickte ich auf die karge Vulkanlandschaft, die fast keine Vegetation aufwies. Es schien wie eine Zeitreise in die Vergangenheit zu sein. Das Gebiet in der Nähe des Flughafens war so trostlos, dass es mir als der perfekte Ort erschien, um Millionen von Jahren zurück in die Vergangenheit zu blicken.

Später erhielt ich eine Führung über den Campus und interessierte mich für die Forschung an Eisbohrkernen, die das Wetter über Tausende von Jahren einfrieren können.

Das Labor befand sich in einem großen Raum, der einer riesigen Gefriertruhe ähnelte, insbesondere was seine Temperatur anging. Auf einem Tisch bemerkte ich mehrere lange Metallstäbe. Sie hatten einen Durchmesser von etwa 4 Zentimeter, waren mehrere Meter lang, und jeder enthielt eine Kernprobe, die tief im Eis entnommen worden war.

Einige der Stäbe lagen geöffnet da, und man konnte sehen, dass sie lange Zylinder aus weißem Eis enthielten. Ich schauderte, als mir klar wurde, dass ich auf Eis blickte, das sich vor Tausenden von Jahren in der Arktis gebildet hatte. Ich starrte in eine Zeitkapsel, die aus einer Ära lange vor jeder geschriebenen Geschichte stammte.

Bei genauer Betrachtung dieser Eiskerne konnte ich eine Reihe von dünnen, braunen horizontalen Bändern im Eis erkennen. Die Wissenschaftler erklärten mir, dass jedes Band von Ruß und Asche stammte, die bei früheren Vulkanausbrüchen freigesetzt worden waren.

Durch die Messung der Abstände zwischen den verschiedenen Banden kann man dann ihr Alter bestimmen, indem man sie mit den Zeitpunkten bekannter Vulkanausbrüche vergleicht.

Man sagte mir auch, dass sich in den Eisbohrkernen mikroskopisch kleine Luftblasen befinden, die wie eine Momentaufnahme der Atmosphäre vor Tausenden von Jahren sind. Durch die Bestimmung ihrer chemischen Zusammensetzung kann man leicht die Menge an CO² bestimmen, die damals vorhanden war.

(Die Berechnung der Temperatur, bei der sich die Eiskerne bildeten, ist schwieriger und wird indirekt vorgenommen. Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff: H²O. Es gibt jedoch auch eine schwerere Version von Wasser, bei der die Atome ₁₆O und ₁H durch Isotope mit zusätzlichen Neutronen ersetzt werden, also ₁₈O und ₂H. Die schwerere Version von H²O verdunstet schneller, wenn es relativ warm ist. Durch Messung des Verhältnisses zwischen den schweren Wassermolekülen und den normalen Molekülen kann man also die Temperatur berechnen, bei der sich das Eis gebildet hat. Je mehr schweres Wasser vorhanden ist, desto kälter war es, als der Schnee fiel.)

Schließlich sah ich die Ergebnisse ihrer mühsamen, aber aufschlussreichen Arbeit. In einem Diagramm waren die Temperatur und der CO²-Gehalt im Laufe der Jahrhunderte abgebildet. Sie verliefen wie zwei Achterbahnen, die im Gleichschritt auf und ab fuhren. Es bestand eindeutig ein enger und wichtiger Zusammenhang zwischen der Temperatur des Planeten und dem CO²-Gehalt in der Luft. (Heute können diese Eisbohrkerne sogar noch frühere Zeiträume erfassen. Im Jahr 2017 entnahmen Wissenschaftler in der Antarktis Eisbohrkerne, die 2,7 Millionen Jahre alt waren und ihnen eine bisher unbekannte Geschichte des Planeten enthüllten.)

Bei der Analyse dieses Diagramms haben mich mehrere Dinge beeindruckt. Erstens fallen die wilden Temperaturschwankungen auf. Wir stellen uns die Erde als etwas sehr Stabiles vor. Doch durch solche Kurven werden wir daran erinnert, dass sie ein dynamisches Objekt ist, mit großen Schwankungen in Temperatur und Klima.

Zweitens stellt man fest, dass die letzte Eiszeit vor etwa 10000 Jahren endete, als ein Großteil Nordamerikas unter einer fast einen Kilometer hohen Eisdecke begraben war. Ähnlich war es in Norddeutschland und Nordeuropa einschließlich Großbritannien, die ebenfalls von mächtigen Eismassen bedeckt waren. Doch seitdem hat sich die Atmosphäre allmählich erwärmt, was den Aufstieg der menschlichen Zivilisation ermöglichte. Da wir wahrscheinlich in etwa 10000 Jahren oder später eine weitere Eiszeit erleben werden, bedeutet dies, dass die Entstehung der heutigen menschlichen Zivilisation zufällig stattfand, weil wir zwischen zwei Eiszeiten gerieten. Ohne dieses Tauwetter würden wir immer noch in kleinen, nomadischen Gruppen von Jägern, die von Wild und Aas leben, im Eis umherziehen und verzweifelt nach Essbarem suchen.

Was mir jedoch auffiel, war die Tatsache, dass die Temperatur seit dem Ende der letzten Eiszeit vor rund 10000 Jahren langsam anstieg, in den letzten 100 Jahren jedoch einen plötzlichen Temperaturanstieg verzeichnete, der mit dem Beginn der industriellen Revolution und der Verbrennung fossiler Brennstoffe zusammenfiel.

Bei der Analyse der Temperaturen überall auf dem Planeten kam die Wissenschaft zu dem Schluss, dass die Jahre 2016 und 2020 bislang die wärmsten Jahre seit Beginn der Aufzeichnungen sind. Tatsächlich war der Zeitraum von 1983 bis 2012 der wärmste 30-Jahre-Zeitraum der letzten 1400 Jahre. Die jüngste Erderwärmung ist also kein Nebenprodukt des natürlichen Temperaturanstiegs in der Zwischeneiszeit, sondern etwas höchst Unnatürliches. Der wichtigste Kandidat für eine Erklärung dieses Phänomens ist der Aufstieg der menschlichen Zivilisation.

Unsere Zukunft könnte von unserer Fähigkeit abhängen, Wettermuster vorherzusagen und realistische Handlungsoptionen zu entwerfen. Wir stoßen jetzt an die Grenzen dessen, was herkömmliche Computer leisten können. Deshalb werden wir uns Quantencomputern zuwenden müssen, um eine genaue Einschätzung der globalen Erwärmung und «virtuelle Wetterberichte» über mögliche zukünftige Entwicklungen zu erhalten. Dies geschieht, indem wir bestimmte Parameter variieren, um zu sehen, wie sie sich auf das Klima auswirken.

Einer dieser virtuellen Wetterberichte könnte der Schlüssel zur Zukunft der menschlichen Zivilisation sein.

Wie Ali El Kaafarani in der Zeitschrift Forbes schreibt, bergen «Quantencomputer auch aus ökologischer Sicht ein immenses Potenzial, und Experten sagen voraus, dass sie durch Quantensimulationen den Ländern helfen werden, die Ziele der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung zu erreichen».[46]

CO² und Erderwärmung

Wir brauchen eine detaillierte Einschätzung des Treibhauseffekts und des Beitrags, den der Mensch zu diesem Effekt leistet.

Das Licht der Sonne kann die Erdatmosphäre leicht durchdringen. Wenn es jedoch von der Erdoberfläche reflektiert wird, verliert es an Energie und wird zu Infrarotstrahlung. Da die Infrarotstrahlung jedoch die CO²-Hülle der Erde nicht sehr gut passiert, bleibt die Wärme auf der Erde gefangen und heizt sie auf. 83 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs im Jahr 2022 stammten aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, bei der CO² als Nebenprodukt entsteht. Der plötzliche Temperaturanstieg im vergangenen Jahrhundert ist also wahrscheinlich auf die vermehrte Freisetzung von CO² als Folge der industriellen Revolution zurückzuführen.

Die rasche Erwärmung der Erde in den letzten 100 Jahren wurde auch aus einer ganz anderen Quelle als durch die Eisbohrkerne bestätigt, nämlich durch Messungen aus dem Weltraum. Aus diesem Blickwinkel sind die Auswirkungen der globalen Erwärmung recht dramatisch zu sehen.

Die Wettersatelliten der NASA können zum Beispiel die Gesamtenergiemenge berechnen, die die Erde von der Sonne empfängt, und sie können auch die Gesamtenergiemenge bestimmen, die die Erde in den Weltraum zurücksendet. Wenn sich die Erde im Gleichgewicht befände, würden wir feststellen, dass die Energiezufuhr und die Energieabgabe ungefähr gleich groß sind. Berücksichtigt man jedoch alle Faktoren, so stellt man fest, dass die Erde mehr Energie aufnimmt, als sie in den Weltraum zurückstrahlt, wodurch sich die Erde aufheizt. Vergleicht man die von der Erde aufgenommene Nettoenergiemenge, so entspricht sie in etwa der Energiemenge, die durch menschliche Aktivitäten erzeugt wird. Der Hauptverantwortliche für den jüngsten Anstieg der Erwärmung des Planeten ist also der Mensch.

Satellitenfotos zeigen die Folgen dieser Erwärmung. Diese Fotos von heute können mit Fotos von vor Jahrzehnten verglichen werden und zeigen die starken Veränderungen in der Geologie der Erde. Wir sehen, dass sich alle großen Gletscher im Laufe der Jahrzehnte zurückgebildet haben.

U-Boote haben den Nordpol seit den 1950er-Jahren besucht. Sie haben festgestellt, dass das Eis in den Wintermonaten in den letzten 50 Jahren um 50 Prozent dünner geworden ist, wobei die Dicke um etwa 1 Prozent pro Jahr abnimmt. Nach Angaben von NASA-Wissenschaftlern wird der Arktische Ozean bis zur Mitte des Jahrhunderts im Sommer völlig eisfrei sein.

Auch die Aktivität von Hurrikanen kann sich ändern. Sie beginnen als milder tropischer Wind vor der Küste Afrikas und wandern dann über den Atlantik. Sobald sie die Karibik erreichen, sind sie wie Bowlingkugeln. Wenn sie genau im richtigen Winkel auftreffen, können sie in die warmen Gewässer des Golfs eindringen und sich dann zu Monsterstürmen entwickeln. Intensität, Häufigkeit und Dauer der Hurrikane, die die Ostküste treffen, haben seit den 1980er-Jahren zugenommen, was wahrscheinlich auf den Anstieg der Wassertemperatur zurückzuführen ist. Daher werden wir in Zukunft wahrscheinlich Hurrikane von zunehmender Stärke und Zerstörungskraft erleben.

Zukunftsprognosen

Die Computerprognosen für die Zukunft des Erdklimas sind ziemlich düster. Der globale Meeresspiegel ist seit 1880 um 22 Zentimeter gestiegen. Das liegt daran, dass die Temperatur der Ozeane steigt, wodurch das Gesamtvolumen des Ozeanwassers zunimmt, weil es sich ausdehnt. Höchstwahrscheinlich wird er bis 2100 um mindestens 30, vielleicht sogar um 240 Zentimeter ansteigen. Weltkarten für die Jahre 2050 bis 2100 zeigen auffällige Veränderungen der Küstengebiete.

«Der durch den globalen Klimawandel verursachte Anstieg des Meeresspiegels stellt für die Vereinigten Staaten heute und in den kommenden Jahrzehnten und Jahrhunderten eine eindeutige und aktuelle Gefahr dar», heißt es in einem Bericht der NASA und der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Das gilt natürlich auch für viele andere Gebiete der Welt.

Für jeden Zentimeter, den man vertikal verliert, können den Küstengebieten horizontal 100 Zentimeter an nutzbarer Küstenlinie verloren gehen. Die Landkarte der Erde verändert sich also allmählich. Darüber hinaus wird der Meeresspiegel aufgrund der enormen Wärmemenge, die bereits in der Atmosphäre zirkuliert, bis weit ins 22. Jahrhundert hinein weiter ansteigen. Zumindest bedeutet dies, dass die Küstengebiete in großem Umfang überflutet werden, wenn die Meereswellen beginnen, Dämme und Barrieren zu überwinden.

Bill Nelson, NASA-Administrator, kommentiert den jüngsten NASA/NOAA-Bericht über das Wetter: «Dieser Bericht stützt frühere Studien und bestätigt, was wir seit Langem wissen: Der Meeresspiegel steigt weiterhin in alarmierendem Tempo und gefährdet Siedlungsgebiete auf der ganzen Welt … Es besteht dringender Handlungsbedarf, um eine Klimakrise zu entschärfen, die bereits im Gange ist.»

Küstenstädte in aller Welt werden mit dem steigenden Wasserspiegel zu kämpfen haben. Venedig steht zu bestimmten Zeiten im Jahr bereits unter Wasser. Teile von New Orleans liegen bereits unter dem Meeresspiegel. Alle Küstenstädte müssen Pläne entwickeln, um den Anstieg des Meeresspiegels in den kommenden Jahrzehnten zu bewältigen, z.B. durch die Einrichtung von Schleusen, Deichen, Evakuierungszonen, Hurrikanwarnsystemen.

Methan als Treibhausgas

Methan ist als Treibhausgas mehr als 25 Mal so stark wie Kohlendioxid. Die Gefahr besteht darin, dass die arktischen Regionen in der Nähe Kanadas und Russlands, die weite Teile der Tundra umfassen, auftauen und Methangas freisetzen könnten.

Ich habe einmal einen Vortrag in Krasnojarsk in Sibirien gehalten. Die Einwohner dort sagten mir, dass sie sich nicht an der globalen Erwärmung stören, denn sie bedeute, dass ihre Häuser nicht ständig eingefroren sind. Sie erzählten mir auch von der kuriosen Tatsache, dass die riesigen Kadaver von Mammuts, die vor Zehntausenden von Jahren starben, bei steigenden Temperaturen aus dem Eis auftauchen.

Den Einheimischen in Sibirien mag das mildere Wetter zwar nichts ausmachen, die eigentliche Gefahr besteht jedoch für den Rest der Welt, wo die Freisetzung von Methangas einen unkontrollierten Aufschaukelungseffekt auslösen kann. Je mehr sich die Erde erwärmt, desto schneller schmilzt die Tundra und setzt Methangas frei. Dieses Methangas wiederum heizt die Erde noch mehr auf, und der Kreislauf beginnt von vorn. Je mehr die Tundra also schmilzt, desto mehr erwärmt sich unser Planet. Da Methan ein starkes Treibhausgas ist, bedeutet dies, dass viele der Computerprognosen für die Zukunft das wahre Ausmaß der globalen Erwärmung möglicherweise unterschätzen.

Militärische Implikationen

Wir sehen die Auswirkungen der globalen Erwärmung überall. Landwirte zum Beispiel sind mit den Wetterzyklen vertraut und wissen, dass die Sommer im Durchschnitt eine Woche länger dauern als früher. Dies wirkt sich darauf aus, wann sie die Aussaat vornehmen und welche Pflanzen sie im jeweiligen Jahr anbauen.

Auch Insekten wie Stechmücken wandern weiter nach Norden und bringen möglicherweise tropische Krankheitserreger wie das West-Nil-Virus mit.

Dass die Energie zunimmt, die in der Atmosphäre zirkuliert, bewirkt nicht nur einen stetigen Temperaturanstieg, sondern auch heftigere Wetterschwankungen. Es ist daher zu erwarten, dass Waldbrände, Dürren und Überschwemmungen immer häufiger auftreten werden. Früher bezeichnete man mit «Jahrhundert-Stürmen» sehr seltene, aber heftige Ereignisse, doch jetzt scheinen sie immer häufiger aufzutreten. Im Jahr 2022 wurden Europa und die USA von besonders hohen Temperaturen heimgesucht, die in weiten Teilen des Planeten Rekorde brachen und u.a. zu massiven Waldbränden, dem Verschwinden von Seen und zu Todesfällen durch Dehydrierung führten.

Bedenklich ist, dass sich die Polregionen, die einen enormen Einfluss auf das Wetter haben, schneller erwärmt haben als andere Regionen des Planeten. Allein durch die Schmelze in Grönland ist in den letzten 20 Jahren genug flüssiges Wasser entstanden, um eine Fläche von der Größe der USA mit einer 45 Zentimeter hohen Wasserschicht zu bedecken.

Unterdessen haben sich in den antarktischen Eisschilden unterirdische Flüsse aus frisch geschmolzenem Schnee gebildet. Es scheint nun klar zu sein, dass die Pole nicht so stabil sind wie bisher angenommen.

Der kürzlich veröffentlichte NASA/NOAA-Bericht befasst sich mit dem möglichen Zusammenbruch des Thwaites-Gletschers in der Antarktis, der den Spitznamen «Gletscher des Jüngsten Gerichts» erhalten hat. «Das östliche Schelfeis wird wahrscheinlich in Hunderte von Eisbergen zersplittern. Plötzlich würde das ganze Ding auseinanderbrechen», sagt Erin Pettit, Glaziologe an der Oregon State University.

Dies hat auch geopolitische und militärische Auswirkungen. Das Pentagon entwarf einmal ein Worst-Case-Szenario für den Fall, dass die globale Erwärmung außer Kontrolle gerät. Als einer der tödlichsten Krisenherde wurde dabei die Grenze zwischen Bangladesch und Indien ausgemacht. Aufgrund des Anstiegs des Meeresspiegels und starker Überschwemmungen könnte die globale Erwärmung eines Tages Millionen von Menschen aus Bangladesch zur Flucht zwingen und an die Grenze zu Indien drängen. Diese Masse verzweifelter Menschen könnten die Grenzsoldaten leicht überwältigen. Dann würde der Druck auf das indische Militär steigen, eine Welle von Flüchtlingen zurückzuschlagen, die versuchen, den Fluten zu entkommen. Als letztes Mittel könnte das indische Militär aufgefordert werden, seine Grenzen durch den Einsatz von Atomwaffen zu schützen.

Dies war zwar ein Worst-Case-Szenario, aber es illustriert anschaulich, was passieren kann, wenn die Dinge außer Kontrolle geraten.

Der Polarwirbel

Einige Leute verweisen auf die jüngsten Monsterschneestürme, die große Teile der USA heimgesucht haben, und behaupten, dass die Gefahr der globalen Erwärmung stark übertrieben sei.

Aber man muss sich den Grund für diese Instabilität des Winterwetters ansehen. Jedes Mal, wenn es einen großen Wintersturm gibt, wird im Wetterbericht die Bewegung des Jetstreams beschrieben, der sich von Alaska und Kanada herabschlängelt und eisiges Wetter mit sich bringt.

Der Jetstream wiederum folgt den Drehungen des Polarwirbels, eines schmalen Zylinders aus superkalter Luft, der sich um den Nordpol dreht. Kürzlich haben Satellitenaufnahmen des Polarwirbels gezeigt, dass er instabiler wird, sodass er wandert, den Jetstream weiter nach Süden drückt und diese kalten Winterwetteranomalien verursacht.

Einige Meteorologen haben darauf hingewiesen, dass die Instabilität des Wirbels durch die globale Erwärmung erklärt werden könnte. Normalerweise ist der Polarwirbel relativ stabil und wandert nicht viel. Das liegt daran, dass der Temperaturunterschied zwischen dem Polarwirbel und den unteren Breitengraden relativ groß ist, was die Stärke des Polarwirbels erhöht und ihn stabiler macht. Wenn jedoch die Temperatur in den Polarregionen schneller ansteigt als in den gemäßigten Klimazonen, verringert sich der Temperaturunterschied, wodurch die Stärke des Wirbels abnimmt. Dies wiederum drückt den Jetstream weiter nach Süden, was zu anormalen Wetterlagen bis hinunter nach Texas und Mexiko führt.

Die globale Erwärmung könnte also paradoxerweise für einen Teil des eisigen Wetters im Süden verantwortlich sein.

Was tun?

Was können wir also tun?

Man kann hoffen, dass erneuerbare Energien und Umweltschutzmaßnahmen die Zivilisation allmählich von ihrer Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen befreien. Vielleicht würde eine Superbatterie dazu beitragen, ein Solarzeitalter mit kraftstoffsparenden Elektroautos einzuläuten. Vielleicht werden sich die Nationen ernsthaft mit diesem Problem auseinandersetzen. Und vielleicht wird Mitte des Jahrhunderts der Fusionsenergiereaktor in Betrieb gehen.

Aber wenn alles andere fehlschlägt, kann man versuchen, das Problem durch Geo-Engineering zu lösen. Dies sind Lösungen, die im schlimmsten Fall zum Einsatz kommen.

1. Kohlenstoffsequestrierung

   Der konservativste Ansatz ist die Kohlenstoffsequestrierung, d.h. die Abscheidung von CO² in der Ölraffinerie und seine anschließende Endlagerung im Boden. In kleinem Maßstab ist dies bereits versucht worden. Eine andere Idee besteht darin, das CO² abzutrennen und es mit Basalt aus Vulkangestein zu mischen, um es zu entsorgen. Die Idee ist ernst zu nehmen, aber unter dem Strich geht es um die Wirtschaftlichkeit. Die Kohlenstoffsequestrierung kostet Geld, und ein Unternehmen muss ein solches Unterfangen rechtfertigen. Daher warten viele Unternehmen mit der Kohlenstoffsequestrierung noch ab. Es ist noch nicht klar, ob dies funktionieren wird und ob es jemals wirtschaftlich rentabel sein wird.

2. Wettermanipulation

   Als der Mt. St.Helens 1980 ausbrach, konnten Wissenschaftler berechnen, wie viel Vulkanasche in die Umwelt geschleudert wurde und welche Auswirkungen dies auf die Temperatur hatte. Die Verdunkelung der Atmosphäre durch den Ausbruch reflektierte offenbar mehr Sonnenlicht in den Weltraum zurück, was eine Abkühlung bewirkte.

   Man könnte berechnen, wie viel Feinstaub für eine globale Temperatursenkung erforderlich wäre.

   Dies birgt jedoch auch Gefahren in sich. Angesichts des Ausmaßes einer solchen Operation wäre es sehr schwierig, diese Idee zu testen. Und selbst wenn ein Vulkanausbruch die Temperatur vorübergehend um ein paar Grad senkt, ist dies zu wenig, um eine vollständige Klimakatastrophe abzuwenden.

3. Algenblüten

   Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Ozeane mit Mikronährstoffen zu düngen, die CO² aufnehmen können. Algen zum Beispiel können mit eisenhaltigen Nährstoffen gedeihen. Und Algen wiederum absorbieren CO². Wenn man also die Ozeane mit Eisen anreichert, könnte man die Algen nutzen, um das CO² einzudämmen. Das Problem dabei ist, dass wir mit Lebensformen spielen, die wir nicht kontrollieren können. Algen sind nicht statisch, sondern können sich auf unvorhersehbare Weise vermehren. Und man kann eine Lebensform nicht wie ein defektes Auto zurückrufen.

4. Regenwolken

   Andere haben vorgeschlagen, das Wetter mit einer alten Technik zu beeinflussen: Silberjodidkristalle. Während Naturvölker versucht haben mögen, Regen durch Tänze und Beschwörungen herbeizuführen, haben Militärs verschiedener Nationen zum selben Zweck versucht, Chemikalien in die Atmosphäre zu schießen. Silberjodidkristalle zum Beispiel können die Kondensation von Wasserdampf beschleunigen und so möglicherweise Regenwolken hervorrufen, die Gewitter erzeugen. Es wird vermutet, dass diese Methode von der CIA während des Vietnamkriegs erforscht wurde, um feindliche Truppen während der Monsunzeit zu behindern, indem man sie durch Regenfluten aus ihren Zufluchtsorten vertrieb.

   Eine andere Variante ist die Wolkenaufhellung, d.h. das Ansäen von Wolken, damit sie mehr Sonnenenergie ins All zurückwerfen.

   Leider ist die Wetterbeeinflussung sehr lokal und beeinflusst nur ein winziges Gebiet, während die Erdoberfläche sehr groß ist. Und die Erfolgsbilanz der Wolkensaat ist schlecht, weil unvorhersagbar.

5. Bäume pflanzen

   Es könnte möglich sein, Pflanzen genetisch so zu verändern, dass sie mehr CO² als normal aufnehmen. Dies ist vielleicht der sicherste und vernünftigste Ansatz, aber es ist zweifelhaft, dass genug CO² entfernt werden kann, um die globale Erwärmung für den gesamten Planeten umzukehren. Und da ein Großteil der Waldflächen auf dem Planeten von einem Flickenteppich von Nationen kontrolliert wird, von denen jede ihre eigene Agenda verfolgt, wäre der politische Wille vieler Nationen erforderlich, um einen derart ehrgeizigen Plan in Angriff zu nehmen.

6. Wettersimulationen

   Angesichts der großen Tragweite und des hohen Risikos solcher Maßnahmen hofft man, dass Quantencomputer in der Lage sein werden, die beste Option zu berechnen. Die wichtigste Aufgabe besteht darin, alle Daten zusammenzutragen, um möglichst genaue Vorhersagen zu treffen.

Quantencomputer und Wettersimulation

Alle Computermodelle für Klima und Wetter beginnen mit der Unterteilung der Erdoberfläche in Gitter aus kleinen Quadraten. In den 1990er-Jahren begannen die Computermodelle mit Gittergrößen von etwa 500 Kilometer Kantenlänge. Mit zunehmender Computerleistung konnte man diese Länge immer weiter verkleinern. (Im Vierten Sachstandsbericht des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) von 2007 betrug die Gittergröße etwas über 100 Kilometer.[47])

Anschließend werden diese quadratischen Gitter in die dritte Dimension erweitert, sodass sie zu kubischen Zellen werden, die verschiedene Schichten der Atmosphäre beschreiben. In der Regel wird die Atmosphäre in 10 vertikale Zellen unterteilt.

Sobald die gesamte Erdoberfläche und die Atmosphäre in diese diskreten Zellen unterteilt sind, analysiert der Computer die Parameter innerhalb jeder Zelle (z.B. Luftfeuchtigkeit, Sonneneinstrahlung, Temperatur, Luftdruck usw.). Unter Verwendung bekannter Gleichungen für die Atmosphäre und Energie wird dann berechnet, wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit zwischen benachbarten Zellen variieren, bis die gesamte Erde abgedeckt ist.

Auf diese Weise können die Wissenschaftler eine grobe Schätzung des künftigen Wetters abgeben. Um diese Ergebnisse zu überprüfen, kann man sie durch eine sogenannte Nachhersage (Hind-Casting) testen. Das Computerprogramm kann in der Zeit rückwärts laufen, sodass wir, ausgehend vom aktuellen Klimaverhalten, feststellen können, ob es das Wetter in der Vergangenheit «nachhersagen» kann, als die Bedingungen genau bekannt waren.

Nachhersagen haben gezeigt, dass diese Computermodelle, obwohl sie nicht perfekt sind, das gesamte klimatische Geschehen der letzten 50 Jahre korrekt wiedergegeben haben. Die Daten sind jedoch sehr umfangreich und stoßen an die Grenzen dessen, was normale Computer leisten können. Da Digitalrechner mit der zunehmenden Komplexität dieser Aufgabe irgendwann überfordert sein werden, ist ein Übergang zu Quantencomputern erforderlich.

Unsicherheiten

Ganz gleich, wie leistungsfähig ein Computerprogramm ist, es gibt immer das Problem unbekannter, unerwarteter Faktoren, die schwer zu modellieren sind. Die vielleicht schwerwiegendste Ungewissheit ist das Vorhandensein von Wolken, die das Sonnenlicht zurück ins Weltall reflektieren und damit den Treibhauseffekt etwas abschwächen können. Da im Durchschnitt bis zu 70 Prozent der Erdoberfläche von Wolken bedeckt sind, ist dies ein wichtiger Faktor.

Dass sich die Wolkenbildung von Minute zu Minute ändert, ist ein Problem, welches langfristige Vorhersagen sehr unsicher macht. Wolken werden unmittelbar durch rasche Veränderungen von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Windströmungen und andere Faktoren beeinflusst. Meteorologen kompensieren dies, indem sie anhand von Daten aus der Vergangenheit grob abschätzen, wie die Wolkenaktivität aussehen wird.

Eine weitere Quelle der Unsicherheit ist der bereits erwähnte Jetstream. Wenn Sie den Wetterbericht verfolgen, sehen Sie auf Satellitenbildern in der Nähe der Arktis eine Masse kalter Luft, die um den Globus wandert und sich normalerweise auf den Norden beschränkt, manchmal aber auch bis nach Mexiko vordringt. Da sich der genaue Weg des Jetstreams nur schwer vorhersagen lässt, nehmen die Meteorologen eine durchschnittliche Schätzung der durch ihn verursachten Temperaturverschiebungen vor.

Der Punkt ist, dass die Möglichkeiten digitaler Computer angesichts der Ungewissheiten begrenzt sind. Quantencomputer könnten jedoch in der Lage sein, die größten Unsicherheitsfaktoren zu beseitigen. Erstens können Quantencomputer berechnen, was passiert, wenn wir die Zellengröße verringern, um unsere Vorhersagen genauer zu machen. Das Wetter kann sich über eine Entfernung von wenigen Kilometern schnell ändern, aber diese Zellen haben einen Durchmesser von vielen Kilometern, sodass dies zu Fehlern führt. Ein Quantencomputer ist jedoch in der Lage, mit viel kleineren Zellen zu rechnen.

Zweitens berücksichtigen diese Modelle Faktoren wie den Jetstream und die Wolken auf der Basis fester Schätzwerte. Quantencomputer werden in der Lage sein, variable Größen für diese Parameter zu berücksichtigen, sodass man einfach an einem Knopf drehen und sie ändern kann. Auf diese Weise werden Quantencomputer virtuelle Wetterberichte mit variablen wichtigen Parametern erstellen können.

Die Grenzen dessen, was mit herkömmlichen Computern möglich ist, erkennen wir, wenn wir uns im Fernsehen den vorhergesagten Verlauf eines Hurrikans ansehen. Die Schätzungen verschiedener Computermodelle werden auf dem Bildschirm eingeblendet, und man kann sehen, wie stark sie voneinander abweichen. Wichtige Vorhersagen verschiedener Computerprogramme, z.B. wann und wo der Hurrikan landen wird und wie weit er ins Landesinnere vordringen wird, weichen oft um Hunderte von Kilometern voneinander ab.

Aber diese Unsicherheiten, die oft Millionen von Dollar und viele Menschenleben kosten, werden sich mit dem Übergang zu Quantencomputern erheblich verringern.

Genauere Wetterberichte, die von Quantencomputern generiert werden, werden uns bessere Prognosen liefern, die uns helfen, uns auf mögliche Szenarien vorzubereiten.

Einer der Hauptfaktoren für die globale Erwärmung ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Grund genug, immer neue alternative Energiequellen zu erforschen. Eine wichtige Quelle für billige Energie in der Zukunft könnte die Fusionsenergie sein, d.h. die Nutzung der Kraft der Sonne auf der Erde. Und der Schlüssel zur Fusionsenergie könnten Quantencomputer sein.