Sonntag, 30. November 2014

Ozean-Versauerung

Hier ein wirklich tiefschürfender Artikel über die Rolle des CO2 in den Ozeanen

(Ich werde versuchen, eine noch leichter verständliche Zusammenfassung zu bringen)


Dr. rer.nat Siegfried Dittrich
Dipl.Geol. Prof. Dr. Friedrich-Karl Ewert,

Versauerung der Ozeane? Geo-chemisch unmöglich !

Voraussetzung: Zusammensetzung des Magmas, der Gesteine, der Sedimente
Die Befürworter eines angeblich durch die anthropogenen Emissionen von CO2 verursachten
Klimawandels bekräftigen ihr Modell (Projekt), das schon auf falschen Annahmen beruht,
zusätzlich mit einer Versauerung der Ozeane. Das Argument hat Karriere machen können,
weil ihren Benutzern entweder die geo-chemischen Grundkenntnisse fehlen oder ihr Zweck
ihre Mittel heiligt. Die Fakten beweisen jedoch, dass eine Versauerung der Ozeane durch den
Eintrag von CO2 aus der Atmosphäre grundsätzlich nicht möglich ist – die geo-chemischen
Voraussetzungen sorgen für ein Übergewicht der basischen Komponenten, denn 96,1% der
Gesteine der Erdkruste bestehen aus den folgenden acht 8 Elementen, mit Natrium und Kalium
als Alkali- und Kalzium und Magnesium als Erdalkali-Metalle (Anteile in Gewichtsprozent):
49,4% Sauerstoff (O)
25,8% Silizium (Si)
7,5% Aluminium (Al)
4,7% Eisen (Fe)
3,4% Kalzium (Ca)
2,6% Natrium (Na)
2,4% Kalium (K)
2,0% Magnesium (Mg)
Diese Zusammensetzung lässt erkennen, dass die Gesteine überwiegend aus Silikaten bestehen.
Je nach den verfügbaren Elementen haben sich mehrere Gruppen von Silikatmineralen
gebildet. Sie bestehen aus ihrer negativ geladenen Anionenfamilie (SixOy) und den positiv
geladenen Kationen Al, Fe, Ca, Na, K und Mg. Ein Vertreter der Feldspate ist z.B. der Albit
(Na3AlSi3O8), ein Vertreter der Olivine ist der Fayalith (Ca2SiO4).
Etwa die Hälfte der Kationen gehört zu den Alkali- und Erdalkalimetallen, und beide Gruppen
sind starke Basenbildner, besonders die Alkalimetalle Kalium und Natrium. Starke Säurebildner
haben dagegen nur einen sehr kleinen Anteil – zum Beispiel beträgt er für Chlor nur 0,2%
.
Sobald Gesteine an der Oberfläche liegen, verwittern sie. Der dabei entstehende Gesteinsschutt
wird über die Erosion der Flüsse als Kies oder Sand oder Ton in die Meere transportiert
und dort abgelagert. Der Gesteinsschutt enthält auch lösliche Minerale. Vom Niederschlagswasser
werden sie aufgelöst und gelangen – oft mit Zwischenstationen im Grundwasser –
schließlich über die Flüsse ebenfalls in die Meere.

Verwitterung, Erosion, Transport und Sedimentation sind kontinuierliche Prozesse. Jedes Jahr
werden weltweit zig Milliarden Tonnen als Schwebfracht oder Geröll oder in gelöster Form
flussabwärts transportiert. Allein beim Mississippi sind es jährlich 341 Mio. Tonnen Schwebfracht,
130 Tonnen Lösungsfracht und 40 Mio. Tonnen Sand und Geröll.
In den Ozeanen bilden sich je nach Stoffangebot neue Verbindungen, beispielsweise die Karbonate
mit der aus CO2 entstandenen Kohlensäure. Ob sie sedimentieren oder gelöst bleiben,
richtet sich nach ihrer Löslichkeit:
• Die Löslichkeit von Kalziumkarbonat (CaCO3 – Kalk) ist mit 0,014 g/l klein, so dass
es als chemisches Sediment ausfällt. Deshalb ist in der geologischen Vergangenheit
sehr viel Kalk entstanden.
• Die Löslichkeit von Natriumkarbonat (Na2CO3 – Soda) ist mit 217 g/l groß, so dass es
bei dem durchschnittlichen Salzgehalt des Meerwassers von 35 g/l immer in Lösung
bleibt. Die Lösung aus starker Natronlauge und schwacher Kohlensäure ist basisch,
hat also einen pH*)-Wert > 7.
*) pH-Wert ist ein Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung. pH-Werte
1 bis 7 kennzeichnen eine saure Lösung, pH-Werte 7 bis 14 eine basische.
pH-Wert der Ozeane
Der pH-Wert soll sich in den letzten Jahrzehnten von ca. 8,2 auf 8,1 erniedrigt haben. Diese
Abnahme wird von den Befürwortern des Klimawandels als Zunahme der Versauerung verstanden.
Das ist doppelt falsch, denn einmal setzt das voraus, dass schon vorher eine Versauerung
vorgelegen hat, und zum anderen beginnt das saure Milieu erst bei pH < 7. Die Absenkung
von 8,2 nach 8,1 zeigt lediglich eine geringe Abnahme der Alkalinität an, und damit
außerdem die Tatsache, dass der pH-Wert der Meere nicht konstant ist sondern veränderbar.
Die zeitlichen und regionalen Schwankungen des pH-Wertes werden durch geogene Faktoren
verursacht, die nicht beeinflussbar sind:
• Die Zusammensetzung und die Menge der von den Flüssen angelieferten Verwitterungsprodukte
ändern sich, und damit auch die Menge der in Lösung angelieferten Alkali-
und Erdalkali-Ionen.
• Mit den Eis- und Warmzeiten variieren die globalen Temperaturen – beide schaffen
im Meerwasser jeweils eigene CO2-Konzentrationen.
• Die Biosphäre der Ozeane, die Meeresströmungen und der untermeerische Vulkanismus
ändern sich ebenfalls.
Wegen der Vormacht der basischen Elemente bleibt das Meerwasser trotz der Änderungen
zwangsläufig immer im alkalischen Bereich, also oberhalb von pH = 7. Die Änderungen erfolgen
zeitlich und regional unterschiedlich. Keiner kann wissen, wie viel höher oder niedriger
die örtlichen pH-Werte früher waren bzw. künftig sein werden.

CO2 in der Atmosphäre

In der Politik und in der veröffentlichten Klimadiskussion wird dem CO2 soviel Beachtung
und Wichtigkeit zugemessen, dass der Laie annehmen muss, sein Anteil an der Luft sei groß;
selbst Abiturienten schätzen ihn schon mal auf 20%. Das Gegenteil ist der Fall, denn sein
Anteil ist winzig – CO2 ist ein Spurengas. Die Luft besteht zu ca. 78% aus Stickstoff (N), ca.
21% aus Sauerstoff (O), 0,9% aus Argon (Ar), und einem Rest von 0,05%, aus Gasen, an denen
CO2 mit – gegenwärtig – 0,04% beteiligt ist. In Diskussionen zum Klimawandel wird
sein Anteil meist in ‚ppm’ angegeben, was ‚parts per million’ bedeutet – 0,04% sind 400
ppm.

CO2 im Meer

CO2 ist im Wasser löslich. Die Löslichkeit wächst mit steigendem Druck und mit abnehmender
Temperatur – sich erwärmendes Wasser gibt CO2 an die Atmosphäre ab, sich abkühlendes
Wasser nimmt CO2 aus der Atmosphäre auf.. Je nach Wirksamkeit der korrigierenden Faktoren
kann die im Wasser gelöste CO2-Menge seinen pH-Wert in geringem Maße beeinflussen.
Eine kurze Modellrechnung zeigt, dass zumindest die anthropogenen Emissionen keine Veränderung
des pH-Wertes in den Ozeanen bewirkt haben, wenn er sich denn wirklich um den
angeblichen Betrag von 0,1 zur sauren Seite hin verschoben haben sollte. Das ist jedoch unsicher,
denn die Strömungen im Meer und die dadurch verursachten Durchmischungen beeinträchtigen
die Zuverlässigkeit der Messwerte. Es würde bedeuten, dass allein durch den letzten
Anstieg des CO2 in der Atmosphäre die H-Ionenkonzentration der Meere um ca. 30% zugenommen
hätte. Diese Zahl ergibt sich durch die logarithmische Definition des pH-Wertes
Von den menschengemachten CO2-Emissionen verbleiben vermutlich ca. 50% in der Atmosphäre,
was pro Jahr zu einem Anstieg von knapp 2 ppm führt. Der Rest wird zu etwa gleichen
Teilen von den Ozeanen und der Biosphäre aufgenommen. Es gelangt also jährlich nicht
mehr als 1 ppm CO2 in die Meere. Für die Auflösung des CO2-Eintrages steht mit dem Volumen
der Ozeane ein sehr großer Speicher zur Verfügung. Etwa das 50-fache der in der Luft
befindlichen Menge soll sich z.Z. im Wasser befinden. Dies wären bei dem jetzigen CO2-Gehalt
der Luft von 400 ppm etwa 20000 ppm im Meer. Das ist noch nicht alles an CO2, denn
zusätzlich treten ständig neue CO2-Mengen aus den CO2-emittierenden Schloten am Boden
der Ozeane hinzu. Umgekehrt verbrauchen Algen und alle anderen Arten des Phyto-Planktons
große Mengen von CO2 zu ihrer Ernährung, was die CO2-Verfügbarkeit reduziert.
Auf der alkalischen Seite liefern die Flüsse große Mengen an alkali- und erdalkalireicher Lösungsfracht,
und außerdem gibt es aus den unterseeischen Vulkanen die Ausflüsse von
Magma, die ebenfalls geschmolzene Alkali- und Erdalkalimetalle enthalten. Es sind also in
großer Menge starke Basenbildner vorhanden, die schließlich die im Meerwasser vorhandenen
H-Ionen neutralisieren, und die wegen ihrer stärkeren Alkalinität die saueren Komponenten
dominieren und pH-Werte >7 erzeugen.
Wer die biologischen, chemischen und physikalischen Grundlagen berücksichtigt, weiß, dass
der zuvor genannte Eintrag von 1 ppm pro Jahr keine Versauerung verursachen kann. Oder
kann sich irgend jemand vorstellen, dass in letzter Zeit der Eintrag von 1 ppm pro Jahr gegenüber
der gewaltigen Menge an bereits vorhandenem CO2 eine Zunahme der H-Ionenkonzentration
um 30% bewirkt haben soll?

CO2 als biogener Gesteinsbildner

Die wichtige Funktion des im Meerwasser gelösten CO2 als Gesteinsbildner blieb hier unbeachtet,
denn sie wurde bereits in früheren Berichten behandelt, die im EIKE-Archiv zu finden
sind. Hier soll der Hinweis reichen, dass während der Hunderte von Millionen Jahren der
CO2-Gehalt der Atmosphäre phasenweise sehr viel höher war als heute, was auch immer einen
höheren CO2-Gehalt der Ozeane bedingt hat. Der Entwicklung der Biosphäre hat das genützt,
beispielsweise mit dem wiederholten Wachstum von gewaltigen Korallenriffen schon
vor 400 bis 380 Millionen Jahren in den Meeren der Devon-Zeit; der CO2-Gehalt der Atmosphäre
betrug damals 2200 ppm – im Vergleich zu 400 ppm heute. Diese Riffe bilden die
‚Massenkalke’, die vielerorts in den deutschen Mittelgebirgen vorhanden sind – und für die
Gewinnung von Kalk abgebaut werden.

Zusammenfassung

Ausschlaggebend für die stabile Alkalinität des Meerwassers ist folglich die grundlegende
Tatsache, dass das Magma und die dann daraus entstehenden gesteinsbildenden Minerale als
Kationen der Silikate außer Eisen und Aluminium die stark basischen Alkali- und Erdalkali-
Elemente enthalten. Auch sie gelangen in gelöster Form ständig über die Flüsse in die Ozeane.
Die von ihnen bewirkte Alkalinität ist stärker als die Wirkung der im Meerwasser gelösten
zumeist schwachen Säuren, so dass ein basischer pH-Wert resultiert. Sowohl die CO2-
Übertritte aus der Atmosphäre in die Ozeane als auch das aus den (Mini-Vulkan-)Schloten am
Meeresboden aufsteigende CO2 sind zu schwach, als dass sie gegen die Menge der starken
Basenbildner eine Versauerung der Ozeane erreichen könnten. Die CO2-Lieferanten der
Meere haben aber eine intensiv wachsende Biosphäre ermöglicht, die auch große Kalkstein-
Vorkommen und Kohlenwasserstoff-Lagerstätten entstehen ließ.
Das Modell einer Versauerung der Ozeane durch höhere CO2-Konzentrationen der Atmosphäre
widerspricht den naturgegebenen Fakten und sollte aufgegeben werden

Hier das PDF dazu:

http://www.eike-klima-energie.eu/uploads/media/EW_Versauerung_EwDI.pdf
Die längste Temperaturmessreihe mit Themometer weltweit gemessen:
CET - Central England Temperature record

Diese Messreihe zeigt einen Anstieg von 2/1000stel Grad pro Jahr, 2/100stel pro Jahrzehnt und 2/10tel pro Jahrhundert.

Einige Behauptungen dazu:

1. Weil die Messungen nur aus einer Gegend kommen, sagen sie überhaupt nichts aus. global ist die Temperatur doch viel anders.

Die Antwort dazu: Falls Zentral-England nicht auf einem anderen Planeten liegt, wird sich langfristig der Temperaturtrend ausmitteln, auch wenn sich die Temperatur über mehrere Jahrzehnte hin verschiebt, wie es zum Beispiel durch die Ozeanzyklen geschehen könnte. Auch mit vielen extremen Auf und Ab stellt sich doch wieder ein Trend ein, der der Globaltemperatur entspricht. Der Vorteil ist dabei die lange Zeitreihe, die die auch große Temperaturschwankungen ausmittelt.

Zum Beispiel der Temperaturanstieg um ca. 4°C von 1677 bis 2014. Das entspricht 1.1°C pro Jahrzehnt.

Der CET entspricht übrigens ziemlich genau anderen nordeuropäischen Temperaturaufzeichnungen.

2. Die Temperaturaufzeichnungen waren damals nicht so zuverlässig wie heute.

Die Antwort dazu:
Auch wenn es heute präzisere Instrumente gibt, kann man statistisch davon ausgehen, dass Messungenauigkeiten nach oben und unten recht gleichmäßig verteilt sind und daher der Trend nicht wesentlich verändert wird. Auch dass andere europäische Temperaturreihen recht ähnlich sind, spricht für die relative Zuverlässigkeit der CET.
Aber auch die Meeresbojen und die Satelliten arbeiten mit einer Messgenauighkeit von nur 1°C plus/minus.

Dass die Klimaerwärmung seit der Beginn des erhöhten CO2-Ausstoßes seit den 60er Jahren nicht dramatisch ist, im Langzeitkontext gesehen, sieht man daran, dass eine Erhöhung der Temperatur um 0,2 bis 0,3 pro Jahrzehnt nichts dramatisches ist.


Dienstag, 11. November 2014

Trying to get unbiased data about the last 18 years - and longer

For a layman it is not easy to get unbiased data. As we know, land surface temperature (actually air temperature about two meters above the surface) often is polluted by the heat island effect. Which means growing cities, traffic and additional heat sources add temperature which doesn't happen in the countryside.

We have already the RSS satellite data, which shows the the air temperature from 0 up to about 10,000 meters. It is referred as the (only) graph with the longest zero trend in temperature rise. One source alone seems to be not so much to get prove about a certain matter. So I thought how to find other sources.

The ocean has much (I think about 1000 times) more heat content as the atmosphere and is more stable. And the temperature is actually measured from the surface water, not from the air. Most of the ocean water is in the southern half of the globe, and not so much disturbance from industrial and from other human sources heated water is there to be expected. So I choose the HADSHSST2 data to compare it with the RSS.

http://woodfortrees.org/plot/hadsst2sh/from:1995/plot/hadsst2sh/from:1996.4/trend/plot/rss/from:1995/plot/rss/from:1996.6/trend


I was somehow surprised to see the southern sea surface temperatures with an about two months longer zero trend than the Satellite measurements.

Okay, they have stopped to give out now data for the HADSHSST2 for some months, but you can see something very interesting: The sea surface temperature is giving the lead in the zigzag game. And then the air temperature follows, added with some additional heat from solar radiation, creating higher bounces of the graph.

No I was curious: are there other graphs that have similar lengths of zero trend? And especially above land? And avoiding the heat island effect? Maybe to measure the air a bit higher above the warming cities? So I came to the RSS again, but now to the land-only graph.

http://woodfortrees.org/plot/hadsst2sh/from:1995/mean:13/plot/hadsst2sh/from:1996.4/trend/plot/rss/from:1995/mean:13/plot/rss/from:1996.6/trend/plot/rss-land/from:1995/mean:13/plot/rss-land/from:1996.6/trend

A 13 months running average was added to make the graphs more visible.



And still the same zero trend, or even a bit longer for the air above the land.

Some more things are visible:
  • The air temperature above land has much higher spikes as the global satellite temperature, especially during the 1998 El-Nino.
  • When sea and global temperatures are decreasing after a strong spike, The land temperatures are steadily rising, even for some years (see 2001 to 2008).

Which means:
  • global temperature depends on the ocean temperature
  • land surface is amplifying the temperature
  • with using RSS you can get a somehow unbiased land temperature
  • The southern oceans, bordering the antarctic continent, are not getting hotter.

Just being curious: What about the "improved" HADSHSST3 graph? Important changes?
And what about the northern sea surface temperatures compared to the others?

Just lets check:

http://woodfortrees.org/plot/hadsst2sh/from:1995/mean:13/plot/hadsst2sh/from:1996.4/trend/plot/hadsst3sh/from:1995/mean:13/plot/hadsst3sh/from:1996.6/trend/plot/hadsst2nh/from:1995/mean:13/plot/hadsst2nh/from:1996.6/trend


So we see: Carefully selected data have given the HADSHSST3 some "boost".

And the northern Sea actually seems to be warming a bit quicker. Ocean cycles? Biased data? The land mass of the northern hemisphere influencing the ocean?

And now a small guess: If we want to look back into former times, the HADSHSST2 could be a somehow unbiased graph for this purpose.


http://woodfortrees.org/plot/hadsst2sh/from:1978/mean:13/plot/hadsst2sh/from:1978/trend/plot/rss/mean:13/plot/rss/trend/plot/hadsst2gl/from:1978/mean:13/plot/hadsst2gl/from:1978/trend


It didn't work as expected. The southern ocean temperature rise during the complete satellite data from 1997 on was even lower. But global ocean temperature HADSST2 fitted nicely.

Which shows us also, that the recent warmer northern ocean was possibly due to an ocean cycle.

Just if my guess is right and the ocean temperature has the same way or trend than the RSS and can be compared, how has it been during the last 150 years or so?

http://woodfortrees.org/plot/hadsst2sh/mean:60/plot/hadsst2sh/trend/plot/hadsst2gl/mean:60/plot/hadsst2gl/trend

A five year running mean is added for easier viewing.


The total difference for HADSST Global and Southern hemisphere ocean trend is 0.05 °C in 165 Years. Could be worse.

The trend of global warming for this time span is 0.7 °C. Per decade this is about 0.04 °C.
Could also be worse. To reach the 2 °C goal we need centuries...