F. Sherwood  Rowland (2006) - Greenhouse Gases and Global Climate Change

The “greenhouse gases” intercept a fraction of outgoing terrestrial infrared radiation, creating the natural greenhouse effect which was approximately 32 Celsius at the beginning of the 20th Century

One of the things which we learned, or which you picked up from some of yesterday’s talks, is the question of how did the person who was doing this get to that from where they were when they were graduate students, or whatever you want to say there. And I think that’s an important aspect for all of you who are at your beginning stages of your career. Paul didn’t answer that question for you, so I’ll answer it for him. And that is, Paul is trained as a meteorologist and a chemist will summarise meteorology that the molecules themselves never are different one from another, it doesn’t make any difference what molecules they are. Paul decided that perhaps that wasn’t true and went off to study nitric oxide and found that nitric oxide decomposed and produced nitrogen oxides in the stratosphere. And all of us have benefited greatly from that. I didn’t know that we were following his trail when we asked the same question for what would happen with the chlorofluorocarbons and found that they decomposed in the stratosphere and mixed in with the nitric oxides that Paul has talked about. So how did I get to where we were here and so I will give you a little bit of non-atmospheric chemistry. This is an experiment which came about, this is almost the first experiment I did after completing my PhD work. Willard Libby asked the question for me of something that a very ingenious man named Leó Szilárd had worked out. And what Szilárd was concerned about was getting radioactive isotopes available and he suggested taking molecule-like ethyl iodide, C2H5 iodine, exposing it to neutrons, the neutrons would make the iodine radioactive, would cause the molecule to break apart and you would have the free iodine which you could then use for your experiments, freed from all of the ethyl iodide that you started with. But in the course of doing those experiments people found that although the theory said that the iodine should always break the carbon bond, somehow some of these molecules, some of the iodine were still present in organic combination. And Professor Libby gave to me, said “This is a strange thing, what's going on?” Well, that was my PhD thesis and after that then looked at what would happen if we put neutrons on lithium carbonate, produce energetic tritium atoms and they went into the glucose. Well, there are a lot of possibilities. I did the experiment and just crystallised glucose and we couldn’t get rid of the radioactivity, that 12% of these radioactive atoms had managed to go into the glucose and become radioactive glucose. This was a one-step synthesis of radioactive glucose or anything else you wanted to synthesise and it became a lead article in science. And the consequence that it had of that was that the atomic energy commission came to me and said I was 27, I went back to my department head and reported that they had approached me about that and he said you’re too young. A year and a half later, at a different university my contract started and ran for 38 years. About 17 or 18 years into it they asked the question of what would happen to CFCs and Dr. Mario Molina took that problem up and we became atmospheric chemists. And perhaps one of the first times, if you go back to 1970 or thereabouts, you may be in a position to say, it seemed incredible that mankind might be able to interfere on a global basis. And the thing which put that in place was the Antarctic ozone hole. And it’s a combination of a million tones of chlorofluorocarbons being produced every year and then multiplied by a chain length of 100,000 for converting ozone molecules, getting rid of them by the chlorine chains. And there are two of them, one of them, this is the one that is homogenous, the one that Molina and I talked about. This is the one that was discovered growing in the Antarctic ozone. And which gets rid of tremendous amount of ozone in a period, a very short time. Well, what Paul has not talked about: Is there are political sides to all of this? And I’ll start speeding up at this point. The chlorofluorocarbons were primarily, two thirds of their use was as propellants in aerosol sprays and this was a magazine cover in 1975. This was an unusual aspect, the poster that appears here, which I saw in Heidelberg in 1988, and if you enlarge it here, what it says in German here is ‘Leading in the case of ozone destruction’. And it’s a play on words because the manufacturer, the DuPont company in the United States, the German company is Hoechst, and ‘High, higher and Hoechst’ are ‘leading in ozone destruction’, it was an attack poster by an individual German citizen who put these up all over Germany in 1988. I was in London once, when there was an argument between Prime Minister Thatcher, Maggie, and Prince Charles about whether they were just in time, this was 1989, just in time on ozone or too late, and probably ‘just in time’ was right. Something else, this was handed out at the Nobel ceremony, not the ceremony but at our lectures when Paul and Mario and I gave lectures. This was handed out by people from the Schiller Institute, which is a German version of the American politician Lyndon LaRouche: We won’t go into discussion of all of their science but that's one of the aspects. And now we get to global warming. And this is now looking in the present time. Can we live with it? It’s beginning to be absolutely obvious that global warming is not a question of ‘will it happen’, but it is happening and how bad will it be. This is a cartoon from a year ago with the president and secretary of state and the secretary of defence and his political advisor, this was right after Katrina flooded out New Orleans. And this shows the Oval Office. And here is, I think many of the Nobel Prize winners will appreciate this. Yes, says Rogers, and most of the laureates are nice people and, for the most part, good scientists, but few know much about environmental science or climate change. two are not champions of global warming, he says. By my calculation, there’s only one climatologist that has won a Nobel Prize and that’s Paul. But Mario and I could put into that but none of us are not champions of it. So this is a business magazine and that tells you something else about what's going on. Well, this was the beginning, didn’t realise it at the time, this was a bootlegged trip to the Virgin islands, bootlegged onto an American chemical society lecture tour. The person that took the photograph was my wife who accompanied me on this, we had to make three stops within 24 hours or longer. And so we started collecting air samples. Well, one of the things that I can say there is that that particular canister that was filled, we started measuring methane on it and that’s the base for the methane measurements that we had been making for the last 28 years. We got a grant from the graduate council to send a postdoc to South America so we could start getting global measurements. Our technique is to analyse by gas chromatography. This was a sample taken later and we’re in south of New Zealand on an airplane and there are 20 compounds in there, almost all of which are manmade halocarbons that you can detect in more or less location. Well, this is postdoc Nicola Blake on the Portage Glacier, just in case you haven’t seen the Portage Glacier. There it was, methane concentrations in January of 1978. When we went back in 1979, the amount we found, each place that we duplicated there was more, there the second year. And we realised that we were going to have to continue measuring those. As Paul has mentioned, the source of cattle and rice, and a complicated story for methane, coming from a very substantial number of sources. And the ones in red are the ones that are influenced by mankind, the ones in yellow that are over here are some that are not really influenced so directly by mankind. And then we can look at what happens with methane. And jumping, starting here in January of 1980 and moving to December of 1987, during this time period methane was going up about 1% per year. And that served as an estimate for looking toward the future, 1% a year for 100 years, it would be an estimate that might be made, about the only aspect that you would have then. Well, as we’ve gone on, 1993 and then the year 2000, then the year 2004. What you can see is that methane is not rising. And as Paul had said that it is essentially flat, except it’s not really flat, it’s changing, this is a rolling average, you get four measurements a year from four seasonal measurements and it’s varying between 1% a year and negative. But if you put all of those together, it hasn’t changed very much in the last six or seven years. But if I back up to this, if you’re the IPCC, what you have to do, you have to take these data and extrapolate it to the year 2100 to see how much methane will be in the atmosphere then. And that would be a pretty daring extrapolation from data here, till you try it. We think that this jump right in here was biomass burning, but we see that it’s got erratic behaviour but much flatter than it was before. The greenhouse gases are very simply described. They have three or more atoms and have long lifetimes. Because they all, if you have more than three atoms, then you have an infrared spectrum that’s in the range where it’s absorbed. And so that includes nitric oxide, ozone and water and over here the CFCs. And this indicates the ones that are really important. Well, this is, Paul did a superb summary of where atmospheric science is and now I’m going to say something about an individual experiment in which, this was the second time, second part of this experiment. We sent six graduate students to the south western part of the United States with a grid on which I had marked the intersections of latitude and longitude. And they were told ‘Find a place as close as you can to those points’, and this is the grid that they reported back. They had collected air samples. And when you brought them back and looked to see what the methane concentrations were, what you found was they have great variation in here. This is about the background there. But here in Kansas and Oklahoma, Texas, methane concentrations were as much as 20% higher than the background concentration. There’s a lot of methane being put off in this region in here. And if you look at normal butane, then you see there’s a lot of this, now including Texas as well. And the range between concentration somewhere in here and here, is a factor of 1000. There’s a very large amount of impurity coming out here. And with something like butane, then what you find is that this is the basis for smog formation. That you have a hydrocarbon, it’s attacked by hydroxyl, gives you a radical which immediately picks up an oxygen. The alkylperoxy radical can then react with nitrogen oxide to give NO2. And the NO2 can then photolease to give NO + O and the O picks up an oxygen and this is the formation of ozone, but it’s in the tropospheric formation of ozone. That’s characteristic of the cities. There is an interesting side reaction in which you can form an alkyl nitrate, and that will tell you that this was present even if you never measured the NO. And in the sample that we have indicated before here, we have the alkyl nitrate that showed that not only were we getting hydrocarbons out, but that there was enough nitrogen in the atmosphere that they were giving alkyl nitrates which meant they were forming ozone. So it wasn’t just a matter of what's going on in cities, it was a matter of what's going on in other places. Well, here’s Jimmie Lopez who was then a graduate student. And she was leading a group of 25 students in Santiago, Chile. So they were all over the city at 5 o’clock in the morning and all over the city at 9 o’clock in the morning filling canisters and we were able to see the contributions of rush hour traffic. And the things which weren’t caused by rush hour and things that weren’t caused by rush hour tended to be hydrocarbons used in cooking and heating in the individual homes. Paul said something about biomass burning. We were part of a Japanese expedition, the plane landed in Darwin in Northern Australia. There was a black smoke on the horizon, so … hired a helicopter, flew to it and collected samples very closely here. So these samples had the highest concentrations of the gases from biomass burning that we’ve ever measured because we were able to get them right at the place of formation. This is Don Blake, my colleague and now co-director of our research group. There’s an air intake on the DC-8, they’re standing on the wing. This is an undergraduate, Stacy Laswell, that was working with us that summer. This is another group of the graduate students and postdocs on the field experiment in Tahiti and this was on the beach in Fiji. One of the characteristics of these experiments is that the pilots aren’t allowed to fly more than 40 hours a week. So they fly 8 hours on Monday, they can’t go every day and this was the day off and they’d already changed the canister for the next flight. But this was typical of the make up of the research group. Don was then a senior post doctoral, Lisa McKenzie was a postdoc, Jimmy was a graduate student, Greg was a technician and Stacy was an undergraduate. And the next day after that on the beach, they were finding an air sample of biomass burning which had come from southern Africa, they traced the trajectory all the way back. This is the famous curve of Keeling. And the only thing I’ll say in connection with it is if you pick out, say 340 to 350, something like that had come out in here, what you find is that what we really needed was precision, because over a 10-year period it would be plus or minus 2 or 3%, around a number. But because he’s got five significant figures instead of three, then he gives you all of the curve about the uptake from the plants, as well as the underlying base is going up because of the emissions from fossil fuels. And the red line are the South Pole measurements that he has running all at the same time. Well, this is now a global temperature up to 2004. If you are a ‘sceptic’, what you do is, you say ‘well, right, look here, the temperature is actually going down’. And that was the claim that was being made there, just by looking at the figures from 1998 on. When you include 2005, I put this now from Jim Hanson’s calculation in 1988 and he had three scenarios which he said scenario B was the one that was most likely to happen. And that prediction from 1988 up to the present time looks awfully good at this point. But that temperature is the highest temperature that was recorded, it’s a little bit higher than 1988. The Albedo effect, that is associated with the greenhouse, is especially strong in the north polar region and it’s a change in, as you go from ice to water, this section in here which was reflecting 80% is now absorbing 90%. And that means that you expect a positive feedback in those regions. The same thing happens between ground and snow and that’s again something that will be happening, especially in the North Polar Region. And all of the model calculations, this model calculation was from the 1990’s. At the surface, air warming is primarily in the North Polar Region and that’s where the report of all of the permafrost melting and all of the other effects that you’re hearing about are being noticeable. That global warming is a reality in the north polar area. Another aspect of these measurements is that when you look for where hurricanes form, they invariably find that at the point in the tropical region where the hurricane came together, the temperature was at least 27% degrees centigrade. And that just simply tells you about how rapidly you can feed evaporating water into the hurricane and then condensing down and get energy out of it to give the increasing strength, why they pick up strength when they get out over the Gulf of Mexico for the Atlantic hurricanes. This is a calculation of a 1-metre rise in sea level. The red is the part of Florida that would then be under water or under strong influence of surges in the middle of a hurricane. This is where the same calculation for the Nile basin in here. Bangladesh would be about 35% under water with the rise of 1 metre. This is a tidal barrier built in London across the Thames River, down river to prevent surges coming from the North Sea back into the Thames region, to protect the main part of the city. And they said, when they started, they expected it to be used several times in a decade. Well, by the time they got to the year 2000, here in those four years, they had about 60 times that they closed it because of tidal surges that were coming up river against the tide. They said if this barrier fails then it could cost about £30 billion immediate damage. And that’s why they test it regularly to make sure that it’s still working. This was a reported effect of climate at the Kenai peninsula in Alaska, where the effect was not the total warming but the fact that the winter nights did not get as cold as before and the Spruce Bark Beetle, as a result of not getting as cold, did not winter kill, and then when it came back recovered, it destroyed all of the spruce because so many of them survived. And it was 16.000 square kilometres of forest that went in a year or two from the beetle. The lodge pole pine in British Columbia is showing similar effects and there the concern is that you have lodge pole pines all the way across Canada. And so it is possible that, once you get started, they might lose the pines, 3000 miles to the east. This is the global ocean circulation, where the concern is if it’s cold salty waters then it’s not as dense and it might stop sinking. And if it stops sinking, then all of the circulation would cut off somewhere down here. It did cut off in the past, during the time period coming out from the last ice age, so it’s not entirely a hypothesis that it might shut down. One more aspect here. There is a, the Montreal protocol has been passed, which is intended to control the release of chlorofluorocarbons to the atmosphere. And this shows the measurements of the blue in the north, red in the south and the green the world average, of fluorocarbon-11, one of the two most prominent CFCs. And what you see is that it went through a maximum down here in the time period around 1993. The Montreal protocol called for a ban in January 1 of 1996 out in here. So you can see that in fact the protocol was being in effect before the deadline came in here and has been falling off steadily since. But it hasn’t fallen off very much, the lifetime of this molecule in the atmosphere is estimated as 45 years. The fluorocarbon-12, which has a lifetime of 100 years, then it is just about flat out here at the year 2004. And then I’ll just say a little bit about, this was taken at the beginning of the kick-off at the White House for the campaign in the US to get the Kyoto protocol approved. And then Vice President Gore was very important in that. But obviously in the end the US view did not survive the change in administrations. It’s not clear that, even if Clinton and Gore had had charge, that there would have been approval of the Kyoto protocol as it was. But at the present time, my particular view is that what we should be thinking of is the Kyoto protocol was talking about 1990 as the year for which you make comparison. And 1990 is 16 years ago, that doesn’t seem to be a very particularly important year on which to base any future actions. But what we need is the equivalent and more, much stronger than the Kyoto protocol. And we certainly need the United States to be in favour of doing something rather than in favour of not doing something, which has been the present situation. And with that I’ll conclude, thank you.

Eine von den Einsichten, die wir einigen der gestrigen Vorträge entnommen haben bzw. ihnen entnehmen konnten, ist die Antwort auf die Frage, wie die Vortragenden im Ausgang von der Position, in der sie sich als Doktoranden befanden, an den Punkt gelangten, über den sie berichteten – oder wie immer man diese Frage formulieren will. Und ich denke, das ist eine wichtige Frage für alle von Ihnen, die Sie sich am Anfang ihrer Karriere befinden. Paul hat diese Frage für Sie nicht beantwortet. Also werde ich sie für ihn beantworten. Paul ist Meteorologe und ein Chemiker wird die Meteorologie zusammenfassen: dass die Moleküle selbst niemals voneinander verschieden sind. Es kommt nicht darauf an, um welche Moleküle es sich handelt. Paul meinte, dass sich das vielleicht in Wahrheit nicht so verhält, und also studierte er Distickstoffoxide in der Stratosphäre und fand heraus, dass Distickstoffoxide zerfallen und in der Stratosphäre Stickstoffoxide bilden. Wir alle haben sehr davon profitiert. Ich wusste nicht, dass wir seinem Weg folgten, als wir dieselbe Frage stellten, was mit den Fluorkohlenwasserstoffen geschieht, und feststellten, dass sie in der Stratosphäre zufallen und sich mit den Distickstoffoxiden vermischen, über die Paul gesprochen hat. Wie also gelangte ich an den Punkt, an dem wir uns hier befanden? Ich stelle Ihnen ein wenig nicht-atmosphärische Chemie vor. Dies ist ein Experiment, das sich ergab. Es ist beinahe das erste Experiment, das ich nach Beendigung der Arbeit an meiner Dissertation durchführte. Willard Libby stellte die Frage für mich zu einem Problem, über die ein höchst genialer Mann namens Leó Szilárd gearbeitet hatte. Womit sich Szilárd beschäftigte war Folgendes: Er wollte radioaktive Isotope verfügbar haben, und er schlug vor, molekülähnliches Äthyliodid, C2H5 -Iodid, zu nehmen und es Neutronen auszusetzen. Die Neutronen würden das Iodid radioaktiv machen, würden bewirken, dass die Moleküle auseinanderfallen, und man hätte das freie Iodid, das man dann – befreit von all dem Äthyliodid, das man am Anfang hatte – für Experimente verwenden könnte. Doch im Laufe der Experimente stellte man fest, dass einige dieser Moleküle – obwohl die Theorie besagte, dass das Iodid stets die Kohlenstoffbindung aufbrechen sollte – irgendwie dennoch in organischen Verbindungen vorhanden waren. Was Professor Libby mir gab, war die Frage: Nun, das war meine Doktorarbeit, und anschließend fragten wir: Was passiert, wenn wir Lithiumkarbonat Neutronen aussetzen, energetisch aufgeladene Tritiumatome erzeugen und diese in die Glukose gelangen? Nun ja, es gibt viele Möglichkeiten. Ich führte das Experiment durch und kristallisierte die Glukose einfach, und wir konnten die Radioaktivität nicht loswerden: Dies war eine einstufige Synthese und es wurde ein Leitartikel in Science. Als Folge hiervon kam die Atomenergiekommission (AEC) zu mir und sagte: Ich ging zum Direktor meines Institutes und berichtete ihm, dass die AEC wegen dieser Sache an mich herangetreten war. Er sagte, dass ich zu jung dafür sei. Anderthalb Jahre später begann mein Vertrag an einer anderen Universität und lief für 38 Jahre weiter. Nach 17 oder 18 Jahren stellten Sie die Frage, was mit den Fluorkohlenwasserstoffen (FKWs) geschehen würde, und Dr. Mario Molina ging dem Problem nach, und wir wurden Atmosphärenchemiker. Es war vielleicht das erste Mal, wenn man etwa bis zum Jahr 1970 zurückgeht, dass man von der Menschheit glaubhaft behaupten konnte, dass ihre Existenz den ganzen Planeten betreffende Konsequenzen hatte. Der Grund für diese Behauptung was das Ozonloch über der Antarktis. Es beruht auf der Kombination einer jährlichen Produktion von einer Millionen Tonnen von Fluorkohlenwasserstoffen, die dann von einer Kettenlänge von 100.000 zur Konvertierung der Ozonmoleküle multipliziert werden, indem sie sie durch die Chlorketten beseitigen. Es gibt zwei von ihnen: Eine von ihnen, das ist diejenige, die homogen ist, von der Molina und ich gesprochen haben. Dies ist diejenige, von der man entdeckte, dass sie im Ozon der Antarktis wächst. Sie beseitigt eine riesige Menge von Ozon in sehr kurzer Zeit. Nun, eine Frage, über die Paul nicht gesprochen hat, ist: Hat all dies auch politische Aspekte? Ich beginne meine Darstellung an dieser Stelle zu beschleunigen. Die FKWs waren in der Hauptsache (zwei Drittel ihrer Verwendung) Treibgase in Aerosolsprays. Dies machte Schlagzeilen im Jahre 1975. Dies war ein ungewöhnlicher Anblick. Auf dem Poster, das hier erscheint und das ich 1988 in Heidelberg sah, steht hier, wenn man es vergrößert: Es handelt sich hierbei um ein Wortspiel, denn die Hersteller sind das Unternehmen DuPont in den USA und das deutsche Unternehmen Hoechst. Und "hoch, höher und Hoechst" sind „Führend in Sachen Ozonzerstörung.“ Es war ein Angriffsposter eines einzelnen deutschen Bürgers, der diese Poster 1988 überall in Deutschland verbreitete. Ich war einmal in London, als ein Streit zwischen Premierministerin Thatcher, Maggie, und Prinz Charles zu dem Problem ausgetragen wurde, ob es in der Frage des Ozonlochs bereits zu spät war, oder ob gerade noch Zeit war. Dies war 1989. „Gerade noch rechtzeitig“ war wahrscheinlich die richtige Einschätzung. Und noch etwas: Dies war Teil der Nobel-Zeremonie. Nicht der eigentlichen Vergabe des Preises, sondern der Vorlesungen, als Paul und Mario und ich die Vorlesungen gaben. Dies wurde von Leute des Schiller-Instituts ausgegeben, wobei es sich um eine deutsche Version des amerikanischen Politikers Lyndon LaRouche handelt: Wir können uns nicht in eine Diskussion aller Aspekte ihrer wissenschaftlichen Theorien begeben, doch das ist einer ihrer Aspekte. Und nun kommen wir zum Thema Global Warming, und das bedeutet einen Blick auf die Gegenwart. Können wir damit leben? Es ist völlig offensichtlich, dass die Frage nicht länger mehr lautet „Wird es dazu kommen?“, sondern es geschieht bereits und es fragt sich, wie schlimm es sein wird. Dies ist ein Cartoon, das ein Jahr alt ist, das den Präsidenten und die Außenministerin und den Verteidigungsminister und seinen politischen Berater zeigt. Dies war kurz nachdem Katrina New Orleans überflutet hatte. Das Cartoon zeigt das Oval Office. Und hier ist es. Viele der Nobelpreisträger werden es, glaube ich, zu schätzen wissen: die Global Warming verurteilt?“ Ja, sagt Rogers, und die meisten Preisträger sind nette Leute und, größtenteils, gute Wissenschaftler. Doch nur wenige wissen etwas über die Umwelt oder den Klimawandel. Von den drei, die Nobelpreise gewonnen haben, leugnen zwei Global Warming nicht, sagt er. Nach meiner Rechnung gibt es nur einen Klimatologen, der den Nobelpreis gewonnen hat, und das ist Paul. Mario und ich könnten dazugerechnet werden, doch keiner von uns behauptet, dass es Global Warming nicht gibt. Dies ist ein Wirtschaftsmagazin, und das sagt Ihnen etwas anderes über das, was vor sich geht. Nun, dies war ein Anfang, es war mir damals jedoch nicht klar. Dies war eine Abstecher-Reise zu den Virgin Islands, eingeschmuggelt in eine Vorlesungsreise der Amerikanischen Gesellschaft für Chemie. Die Person, die dieses Bild aufgenommen hat, war meine Frau, die mich auf dieser Reise begleitete. Wir mussten innerhalb von 24 Stunden oder mehr dreimal Halt machen. Wir begannen damals damit, Luftproben zu sammeln. Nun, soviel kann ich sagen: dass dieser besondere Kanister hier gefüllt wurde. Wir begannen, den Methangehalt zu messen, und das wurde die Grundlage der Methanmessungen, die wir die letzten 28 Jahre lang durchgeführt haben. Wir erhielten ein Stipendium vom Graduate Council, um einen Postdoc nach Südamerika zu schicken, damit wir beginnen könnten, globale Messergebnisse zu sammeln. Unsere Analysemethode war die Gaschromatographie. Dies ist eine später genommene Probe und wir befinden uns in einem Flugzeug im Süden von Neuseeland. Es finden sich 20 Komponenten in der Probe, von denen die meisten vom Menschen hergestellte Halogenkohlenwasserstoffe sind, die man mehr oder weniger häufig finden kann. Nun, dies ist Postdoc Nicola Blake auf dem Portage Gletscher, falls Sie den Portage Gletscher noch nicht gesehen haben. Und dies waren sie: die Methankonzentrationen im Januar 1978. Als wir im Jahre 1979 zurückkehrten, ergeben sich an jeder Stelle, an der wir erneut Messung durchführten, im zweiten Jahr höhere Werte. Und es wurde uns klar, dass wir diese Messungen würden fortsetzen müssen. Wie Paul bereits erwähnt hat, gibt es die Methanquellen der Rinderherden und aus dem Eis. Es gibt eine komplizierte Geschichte für Methan, das aus einer sehr großen Anzahl von Quellen stammt. Die rot dargestellten werden von der Menschheit beeinflusst. Diejenigen in gelb hier drüben werden von uns Menschen nicht so direkt beeinflusst. Und dann können wir uns anschauen, was mit dem Methan geschieht. Wenn wir in der Zeit ein wenig nach vorne springen, hier im Januar 1980 beginnen und dann zum Dezember 1987 weitergehen, so gab es in diesem Zeitraum einen jährlichen Anstieg des Methans um 1 %. Und das diente als Schätzung für einen Blick in die Zukunft: Nun, wie die Sache weiterging: Was man sieht, ist, dass der Methanwert nicht weiter ansteigt. Und wie Paul sagte, ist dieser Verlauf im Wesentlichen flach, außer dass er nicht wirklich flach ist, der Wert ändert sich. Es ist ein rollender Mittelwert. Man erhält vier Messungen im Jahr aus vier jahreszeitlichen Messungen, und der Wert variiert zwischen 1 % und einem negativen Wert. Nimmt man jedoch alle diese Werte zusammen, so hat sich in den letzten sechs oder sieben Jahren keine Änderung ergeben. Wenn ich jedoch hierher zurückgehe: Wenn Sie das IPCC sind, dann müssen Sie diese Werte nehmen und sie bis zum Jahr 2100 extrapolieren, um zu sehen, wie viel Methan sich dann in der Atmosphäre befinden wird. Und das wäre eine ziemlich gewagte Extrapolation, ausgehend von diesen Daten hier, bis man es versucht. Wir glauben, dass dieser Sprung hier auf die Verbrennung von Biomasse zurückgeht. Wir können jedoch erkennen, dass der Datenverlauf zwar erratisch ist, aber flacher als zuvor. Die Treibhausgase lassen sich sehr einfach beschreiben. Sie bestehen aus zwei oder drei Atomen und haben eine lange Lebenszeit. Wenn ein Molekül aus mehr als drei Atomen besteht, dann verfügt es über ein Infrarotspektrum, das in dem Bereich liegt, in dem es das Infrarot absorbiert. Und daher gehören hierzu Stickstoffoxid, Ozon und Wasser und hier drüben die FKWs. Und dies weist auf diejenigen hin, die wirklich wichtig sind. Nun ja, Paul hat eine fantastische Zusammenfassung des gegenwärtigen Stands der Wissenschaft von der Atmosphäre gegeben, und ich werde jetzt etwas über ein einzelnes Experiment sagen. Dies war das zweite Mal, der zweite Teil dieses Experiments. Wir schickten sechs Doktoranden in den Südwesten der USA mit einem Raster, auf dem ich die Schnittpunkte der Längen- und Breitengrade markiert hatte, und sie erhielten folgende Anweisung: Dies ist das Raster mit den von ihnen gemessenen Daten. Sie hatten Luftproben gesammelt. Und als wir die erhobenen Daten untersuchten und die Methankonzentration ermittelten, stellten wir fest, dass sie großen Schwankungen unterlag. Dies ist in etwa der Hintergrund dort. Doch hier in Kansas und Oklahoma und Texas lag die Methankonzentration bis zu 20 % höher als der Hintergrundwert. In diesem Bereich hier wird sehr viel Methan freigesetzt. Und sieht man sich normales Butan an, dann erkennt man, dass auch dessen Konzentration hoch ist, zu welchem Gebiet jetzt auch Texas gehört. Und der Bereich zwischen der Konzentration irgendwo hier und hier entspricht einem Faktor von 1000. Es werden hier sehr große Mengen von Verunreinigungen abgegeben. Und bei einem Gas wie Butan stellt man fest, dass es die Grundlage der Bildung von Smog ist. Da man einen Kohlenwasserstoff hat, wird er von einem Hydroxyl angegriffen. Dies gibt einem ein Radikal, dass sofort einen Sauerstoff an sich bindet. Das Alkylperoxiradikal kann dann mit dem Stickstoffoxid reagieren, um NO2 zu ergeben. Das NO2 kann dann durch Photolyse zu NO + O werden, und O verbindet sich mit Sauerstoff, und dies ist die Entstehung von Ozon, allerdings ist es die Ozonentstehung in der Troposphäre. Das geschient typischerweise in Städten. Es gibt eine interessante Nebenreaktion, in der ein Alkylnitrat gebildet werden kann, und das zeigt Ihnen, dass dies selbst dann vorhanden wäre, wenn der NO-Wert niemals gemessen worden wäre. Und in dem Beispiel, das wir vorher hier angeführt haben, haben wir das Alkylnitrat. Das zeigte, dass wir hier nicht nur Kohlenwasserstoffe erhielten, sondern auch, dass es genug Stickstoff in der Atmosphäre gab und dass es dadurch zu Alkylnitraten kam, was bedeutete, dass sie Ozon bildeten. Es war also nicht bloß eine Sache, die mit dem zu tun hatte, was in Städten geschieht: Es war eine Sache, die damit zu tun hatte, was an anderen Orten geschieht. Auf diesem Bild sehen Sie Jimmie Lopez, die damals Doktorandin war. Sie leitete eine Gruppe von 25 Studenten in Santiago in Chile. Sie waren um 5 Uhr morgens und um 9 Uhr morgens überall in der Stadt verteilt und füllten Kanister mit Luft. So war es uns möglich, den Beitrag zu ermitteln, den der Berufsverkehr zur Luftverschmutzung beisteuert. Die Werte, die nicht durch den Berufsverkehr usw. verursacht wurden, waren in der Regel auf Kohlenwasserstoffe zurückzuführen, die zum Kochen und Beheizen von Häusern verwendet wurden. Paul erzählte etwas über die Verbrennung von Biomasse. Wir waren Teil einer japanischen Expedition. Das Flugzeug landete in Darwin im Norden Australiens. Am Horizont sah man schwarzen Rauch. So Murray McGahern mietete einen Hubschrauber, flog dorthin, und entnahm in großer Nähe Luftproben. Diese Proben hatten die höchste Konzentration der Verbrennungsgase von Biomasse, die wir je gemessen haben, da wir sie direkt am Ort ihrer Entstehung messen konnten. Dies ist mein Kollege Don Blake, der jetzt Kodirektor unserer Forschungsgruppe ist. Die DC-8 hat einen Luftansaugstutzen. Er befindet sich auf der Oberseite der Tragfläche. Dies ist eine Studentin vor dem Examen, Stacy Laswell, die mit uns in diesem Sommer gearbeitet hat. Dies ist eine andere Gruppe der Doktoranden und Postdocs in dem Feldexperiment in Tahiti, und dies war am Strand von Fidschi. Es ist eine Besonderheit dieser Experimente, dass die Piloten nicht mehr als 40 Stunden pro Woche fliegen dürfen. Sie fliegen also 8 Stunden am Montag. Sie dürfen nicht jeden Tag fliegen. Und dies war der freie Tag, und sie hatten den Kanister für den nächsten Flug bereits gewechselt. Doch dies war typisch für die Zusammensetzung der Forschungsgruppe. Don war damals ein fortgeschrittener Postdoc-Student, Lisa McKenzie war ein Postdoc, Jimmy war ein Doktorand, Greg war ein Techniker und Stacy stand noch vor dem Examen. Und am nächsten Tag, nach diesem Tag am Strand, fanden sie eine Luftprobe einer Biomassenverbrennung, die aus Afrika stammte. Es gelang ihnen, ihren gesamten Weg zurückzuverfolgen. Dies ist die berühmte Keeling-Kurve. Und das Einzige, was ich dazu sagen werde, ist Folgendes: Wenn man einen Wert herausgreift, sagen wir 340 bis 350, etwa so ein Wert hat sich hier ergeben, so stellt man fest, dass, was wir wirklich benötigen, Präzision ist, denn über einen Zeitraum von 10 Jahren ergäben sich plus oder minus 2 oder 3 %, etwas um diese Zahl. Da er jedoch statt drei fünf signifikante Werte hat, gibt er uns die gesamte Kurve über die Aufnahme der Pflanzen. Außerdem steigt der Basiswert aufgrund der Emission von fossilen Brennstoffen an. Und die rote Linie entspricht den Südpolmessungen, die er alle gleichzeitig durchführte. Nun, dies ist die globale Temperatur bis zum Jahr 2004. Wenn sie „Skeptiker“ sind, sagen Sie: Und das wurde damals behauptet, indem man einfach die Zahlen nach 1998 anschaute…. Wenn man 2005 einbezieht … Ich nehme den Wert von Jim Hansons Berechnung im Jahr 1988. Er unterschied drei Szenarien, von denen er Szenario B für dasjenige hielt, was am wahrscheinlichsten eintreten würde. Und diese Voraussage von 1988 bis zur Gegenwart sieht zur Zeit sehr präzise aus. Doch diese Temperatur ist die höchste, die je gemessen wurde. Sie ist ein wenig höher als die von 1988. Der Albedo-Effekt, der mit dem Treibhaus-Effekt zusammenhängt, ist besonders stark im Bereich des Nordpols. Es handelt sich dabei um eine Änderung, wenn man vom Eis zum Wasser gelangt. Dieser Bereich hier reflektierte 80 % und absorbiert heute 90 %, und das bedeutet, dass man in diesen Bereichen ein positives Feedback erwartet. Dasselbe ereignet sich zwischen Boden und Schnee, und auch dies ist wieder etwas, was eintreten wird, besonders im Bereich des Nordpols. Und dies sind alle Modellberechnungen. Diese Modelberechnung stammte aus den 1990er Jahren. An der Oberfläche geschieht die Erwärmung der Luft hauptsächlich im Bereich des Nordpols. Und dies ist die Region, in der die Berichte über das Auftauen des Permafrosts und all die anderen Effekte, von denen wir hören, zu bemerken sind, dass Global Warming im Bereich des Nordpols eine Realität darstellt. Ein weiterer Aspekt dieser Messungen ist folgender: Wenn man sich anschaut, wo sich Hurrikans bilden, stellt man immer wieder fest, dass an dem Punkt des tropischen Bereichs, an dem die Hurrikans entstehen, die Temperatur mindestens 27°C entsprach. Und das zeigt Ihnen, wie schnell verdunstendes Wasser vom Hurrikan aufgenommen werden kann und dies dann kondensiert und die Energie daraus entnommen wird, die die Kraft des Hurrikans erhöht. Dies erklärt, warum Hurrikans an Energie gewinnen, wenn sich atlantische Wirbelstürme über dem Golf von Mexiko bilden. Dies ist die Berechnung einer Erhöhung des Meeresspiegels um 1 Meter. Die rot dargestellte Fläche entspricht dem Gebiet von Florida, das sich dann unter Wasser befände oder den Auswirkungen von plötzlichen Anstiegen in der Mitte eines Hurrikans stark ausgesetzt wäre. Dieses Bild zeigt das Ergebnis derselben Berechnung für das Nildelta. Wenn der Meeresspiegel um 1 Meter anstiege, würde sich Bangladesch zu 35 % unter Wasser befinden. Über die Themse in London wurde flussabwärts eine Flutbarriere gebaut, um zu verhindern, dass Flutwellen der Nordsee in die Region der Themse vordringen können, um so den Hauptteil der Stadt zu schützen. Beim Bau der Barriere erwartete man, dass man die Barriere in zehn Jahren mehrmals brauchen würde. Nun, bereits als das Jahr 2000 gekommen war, hier in diesen vier Jahren, wurden die Tore bereits sechzigmal geschlossen, weil flutbedingte Anstiege des Wasserstandes gegen die Gezeitenschwankungen den Fluss hinaufkamen. Man sagte, dass es bei einem Versagen der Barriere zu sofortigen Kosten von 30 Milliarden Pfund kommen könnte, weshalb die Barriere regelmäßig auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft wird. Dies war die berichtete Auswirkung des Klimawandels auf die Kenai-Halbinsel in Alaska, wo die Wirkung nicht in der Gesamterwärmung, sondern darin bestand, dass die Winternächte nicht mehr so kalt wurden wie bisher. Dies hatte zur Folge, dass die Fichtenborkenkäfer im Winter nicht erfroren, weil die extremen Kältegrade ausblieben. Als sich der Käfer dann im Frühjahr erholte, hatten so viele davon überlebt, dass sie sämtliche Fichten zerstörten. In ein oder zwei Jahren zerstörte der Käfer 16.000 Quadratkilometer Wald. Bei der Drehkiefer in British Columbia zeigen sich ähnliche Auswirkungen, und die Sorge ist dort, dass es Drehkiefern überall in Kanada gibt. Es ist daher möglich, wenn die ersten Bäume zerstört wurden, dass auch die Kiefern 3000 Meilen weiter östlich verloren gehen könnten. Dies sind die weltweiten Meeresströmungen. Hier macht man sich darüber Sorgen, dass wenn sein kaltes Salzwasser – dessen Umfang hier im Nordatlantik abnimmt – und wenn man frisches Wasser durch Schmelzen erhält, dass dieses dann nicht so dicht ist und möglicherweise aufhört zu sinken. Und wenn es aufhört zu sinken, dann würde die gesamte Zirkulation irgendwo hier unten abgeschnitten. Dies ist in der Vergangenheit bereits geschehen, während der Zeit im Anschluss an die letzte Eiszeit. Es ist also keineswegs eine reine Hypothese, dass dies eine reale Möglichkeit darstellt. Hier ist noch ein weiterer Aspekt. Das Montreal-Protokoll wurde verabschiedet. Sein Gegenstand ist die Verringerung der Abgabe von FKWs in die Atmosphäre. Dies zeigt die Messungen: blau gibt die Werte im Norden, rot im Süden und grün den Weltdurchschnitt von Fluorkohlenstoff-11, einem der häufigsten FKWs, wieder. Wie Sie der Darstellung entnehmen können, erreichte der Wert hier in der Zeit um 1993 ein Maximum. Das Montreal-Protokoll rief am 1. Januar 1996 zu einem Verbot von FKWs auf. Sie können also sehen, dass das Protokoll bereits vor diesem Fristtermin hier wirksam war und dass der Wert seither stetig zurückgegangen ist. Er ist jedoch nur wenig zurückgegangen. Man schätzt, dass die Lebenszeit dieses Moleküls in der Atmosphäre 45 Jahre beträgt. Der Wert für Fluorkohlenstoff-12, der eine Lebenszeit von 100 Jahren hat, ist hier im Jahre 2004 in etwa flach. Und dann möchte ich noch etwas über das Kyoto-Protokoll sagen. Dieses Foto wurde im Weißen Haus zu Beginn der ersten Sitzung der Kampagne aufgenommen, die für die Zustimmung zum Kyoto-Protokoll werben sollte. Vizepräsident Gore war damals sehr einflussreich in dieser Sache. Doch die Sicht der USA hat den Regierungswechsel offensichtlich nicht überlebt. Es steht nicht fest, dass das Kyoto-Protokoll, selbst wenn Clinton und Gore an der Macht gewesen wären, unverändert angenommen worden wäre. Gegenwärtig bin ich der Auffassung, dass wir darüber nachdenken sollten, was das Kyoto-Protokoll über 1990 sagte: dass es das Jahr sei, das als Vergleichspunkt dienen solle. Es scheint kein besonders wichtiges Jahr zu sein, um künftige Aktionen daran auszurichten. Was wir brauchen, ist ein Äquivalent, das viel, viel strenger ist als das Kyoto-Protokoll. Und mit Sicherheit ist es erforderlich, dass die USA sich zu einer positiven Haltung entschließt, statt dazu, nicht zu tun, wie es bislang der Fall gewesen ist. Damit möchte ich schließen. Ich danke Ihnen.

F. Sherwood Rowland (2006)

Greenhouse Gases and Global Climate Change

F. Sherwood Rowland (2006)

Greenhouse Gases and Global Climate Change

Abstract

The “greenhouse gases” intercept a fraction of outgoing terrestrial infrared radiation, creating the natural greenhouse effect which was approximately 32 Celsius at the beginning of the 20th Century. Several of these gases have increased in atmospheric concentration during the past half-century, with carbon dioxide going from 315 ppmv in 1958 to 380 ppmv in 2005, and methane growing from 1.52 ppmv in 1978 to 1.77 ppmv in 2005. Nitrous oxide, the chlorofluorocarbons (CCl2F2, CCl3F, etc.) and tropospheric ozone are also GHG contributors. This process has warmed the atmosphere by about 0.7C over the past century, and will likely warm the Earth much more in the 21st, unless controls on these gases are rapidly put in place.

Feedback processes involving albedo changes from ice/snow to water/rock cause enhanced warming in the polar north, and the climate is changing rapidly in the Arctic.

Cite


Specify width: px

Share

COPYRIGHT

Cite


Specify width: px

Share

COPYRIGHT


Related Content