Klima, Klimawandel

Klima, Klimawandel: Fragen, Missverständnisse und Fehlinformationen

Diplomarbeit

zur Erlangung des akademischen Grades

eines Magisters der Naturwissenschaften

an der Karl-Franzens-Universität Graz

vorgelegt von

Manuel FRANZ

am Institut für Physik

Betreuer: Assoz. Prof. Mag. Dr. rer. nat. Ulrich Foelsche

Graz, 2017

I

Eidesstattliche Erklärung

Ich erkläre ehrenwörtlich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe

verfasst, andere als die angegebenen Quellen nicht benutzt und die den Quellen wörtlich oder

inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe. Die Arbeit wurde bisher in

gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt und auch noch nicht

veröffentlicht. Die vorliegende Fassung entspricht der eingereichten elektronischen Version.

Graz, am

(Manuel Franz)

II

Kurzzusammenfassung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema Klima und Klimawandel und dessen

Einbindung in der Schule. Dabei liegt der Fokus darauf, wie der Wissensstand von Schülerinnen

und Schülern am Ende ihrer Schullaufbahn aussieht und welche fehlerhaften Vorstellungen

vorhanden sind, welche Einstellung die Jugendlichen vertreten und inwiefern Interesse am

Thema besteht.

Aus diesem Grund wurde eine Umfrage mittels Fragebogen (N=34) durchgeführt. Dieser

bestand aus allgemein häufig gestellten Fragen sowie Fragen zur persönlichen Einstellung zum

Thema Klimawandel.

Die Hauptergebnisse dieser Arbeit sind, dass die Aussagen der Schülerinnen und Schüler denen

des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) sehr ähneln, allerdings in einer viel

geringeren Komplexität und klimaskeptische Aussagen wurden nur von wenigen getätigt.

Zugleich sind sehr gute Kenntnisse über Folgen des Klimawandels festzustellen. Fehlerhafte

Schülervorstellungen treten vor allem bei der Erklärung des Treibhauseffektes auf. Die

überwiegende Mehrheit ist der Meinung, dass der Klimawandel verhindert werden sollte und

nicht ignoriert werden kann. Zudem ist das Interesse der Schülerinnen und Schüler ist nicht all

zu hoch anzusetzen, wobei dennoch der Wunsch nach einer vermehrten Einbindung in den

Unterricht erkennbar ist.

Aus dieser Arbeit kann geschlossen werden, dass ein häufigeres Beschäftigen mit dem Thema

Klima und Klimawandel im Sinne der Schülerinnen und Schüler wäre, wenn die gefundenen

Schülervorstellungen in der Unterrichtsplanung berücksichtigt werden.

Abstract

The present paper scrutinizes the topic of climate and climate change, as well as its integration

in the school curriculum. It thereby focuses on the status of knowledge that students have at

the end of their school career and which misconceptions regarding the topic they show.

Furthermore, it will analyze what attitudes the students have towards climate change and if

they are interested in the topic at stake.

Based on this, a survey with a questionnaire (N = 34) was conducted. It contained questions

regarding frequently asked questions, as well as exploring student’s personal attitude towards

climate change.

The main results of this research are that the statements of most students are comparable to

those of the IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Nevertheless, they were less

complex and only few climate skeptical statements have been made. In addition, most students

showed a high knowledge about the consequences of climate change. Misconceptions were

III

mostly expressed when students were asked to explain the greenhouse effect. The vast

majority is of the opinion that climate change should be stopped and cannot be ignored.

Furthermore, in general students do not show strong interest in the topic, but still wish for

more integration of the topic in the school curriculum.

It can therefore be concluded that an enforced focus on climate change would be in the interest

of students, if their conceptions would be integrated in the lesson planning.

IV

Danke…

… an Herrn Prof. Mag. Dr. Foelsche, der mich bei der Umsetzung mit seiner verständnisvollen

und ruhigen Art sowie seinem fachlichen Wissen tatkräftig unterstützt hat. Er hat damit einen

wesentlichen Teil zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen.

… an meine Familie, die mir in allen Bereichen meines Lebens zur Seite steht und es mir

ermöglicht hat das zu tun, was mir wichtig ist.

… an meine Studienkollegen und Studienkolleginnen, die Freunde geworden sind und mit

denen ich so viel erleben durfte. Ihr habt mich durch schöne Studienjahre begleitet und durch

die eine oder andere Krise geholfen um wieder auf die Beine zu kommen (Vor allem in der

letzten Zeit). Ohne euch hätte die Studienzeit nur halb so viel Spaß gemacht.

… meine Mitbewohnerinnen und Mitbewohner, die zu einer zweiten Familie wurden.

… an Ursula und Tobias, die besten Korrekturleser der Welt.

… an die Teilnehmenden Schülerinnen und Schüler.

Besonderer Dank geht zum Schluss noch an meine Oma, Maria Girstmair, die mich auf meinem

Weg immer wieder ermutigt hat nicht aufzugeben. Ihr sei auch diese Arbeit gewidmet.

V

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung 1

2. Theoretischer Teil 3

2.1. Basiswissen zum Thema Klima und Klimawandel 3

2.1.1. Wetter vs. Klima 3

2.1.2. Klimasystem und Geosphären 7

2.1.3. Interne Wechselwirkungen 12

2.1.4. Rückkopplungen 15

2.1.5. Klimamodell-Energiebilanz 17

2.1.6. Treibhauseffekt 22

2.1.7. Natürlicher- vs. anthropogener Einfluss auf das Klima 24

2.1.8. Woher wissen wir, dass sich die Erde erwärmt? 31

2.1.9. Klimavergangenheit 36

2.1.10. Zukünftige Entwicklung des Klimas 46

2.1.11. Folgen des Klimawandels 60

2.2. Fachdidaktik 65

2.2.1. Lehrplan 65

2.2.2. Schülervorstellungen 68

2.2.3. Abbildungen in Schulbüchern 75

2.2.4. Interesse und Einstellungen der Schülerinnen und Schüler zum Thema Klima und Klimawandel 82

2.3. „Klimaskeptiker“ 87

3. Empirischer Teil 92

3.1. Untersuchungsdesign 92

3.1.1. Fragebogen 92

3.1.2. Stichprobe 92

3.2. Auswertungsverfahren und Forschungsfragen 94

3.3. Untersuchungsergebnisse 95

3.3.1. Zusammenfassung der Ergebnisse des ersten Teils des Fragebogens. 95

3.3.2. Zusammenfassung des zweiten Teiles des Fragebogens 104

4. Zusammenfassung 121

5. Resümee 125

6. Literaturverzeichnis 126

7. Abbildungsverzeichnis 132

8. Tabellenverzeichnis 135

9. Abkürzungsverzeichnis 136

VI

10. Anhang: 138

1

1. Einführung

Im Vorwort des fünften Assessment Report der Working Group I des IPCC (2013) wird

zusammengefasst, dass menschliche Aktivitäten der dominante Faktor für die derzeitige

Klimaveränderung ist. Ebenso sind die damit verbundene Erwärmung der Atmosphäre und

Ozeane, die Abnahme von Schnee und Eis auf der Erde sowie der Anstieg des Meeresspiegels

und der Konzentration von Treibhausgasen eindeutig belegbar. Eine zentrale Erkenntnis ist,

dass die Oberflächentemperatur in jeder der letzten drei Jahrzehnte wärmer als jedes

vorhergehende Jahrzehnt seit 1850 ist (vgl. IPCC 2013b).

„Es wurde aber auch immer deutlicher, dass ein ungebremster Klimawandel gefährliche Folgen haben würde […]. Dies ist eine Herausforderung für die ganze Menschheit. […]. Eine wichtige Voraussetzung für die Akzeptanz der notwendigen Maßnahmen ist dabei eine solide Information der Bürger über Zusammenhänge und Hintergründe des Klimawandels.“ (Endlicher & Gerstengarbe 2007, S. 3)

In seinem Vorwort zur ersten Auflage (1994) seines Buches „Klimatologie“, schreibt

Schönwiese über den Aufschwung der wissenschaftlichen Tätigkeiten im Bereich der

Klimatologie und der Verbreitung der daraus gewonnen Erkenntnisse.

“Dies geschah innerhalb der letzten zwei bis drei Jahrzehnte auf wissenschaftlicher Ebene und hat dann innerhalb des letzten Jahrzehnts mehr und mehr auch die öffentliche Diskussion erfasst.” (Schönwiese 2013, S. 8)

Das Thema Klima und Klimawandel ist nicht nur in der öffentlichen Diskussion fest verwurzelt

sondern vor allem auch in der Schule. Dort findet der Kontext des Klimawandels eine große

Verbreitung und wird in den verschiedensten Unterrichtsfächern behandelt. Es ist allerdings

auch feststellbar, dass es obwohl es einen breiten Konsens in der wissenschaftlichen

Betrachtung gibt Cook et al. (2013), es immer noch eine beachtliche Anzahl an

klimaskeptischen Aussagen zu finden sind (vgl. Boykoff & Boykoff 2004; Rahmstorf

& Schellnhuber 2012). Neben diesen ist ebenfalls zu beobachten, dass es fehlerhafte

Vorstellungen über das Klimasystem und die Abläufe innerhalb des Klimasystems gibt. Aus

diesem Grund hat das IPCC zu den letzten beiden Assessment Reports (2007 und 2013) jeweils

eine Broschüre mit den häufig gestellten Fragen zum Klimawandel zusammengestellt. Diese,

zusammen mit den Antworten bieten die Möglichkeit ein grundlegendes Verständnis über die

Vorgänge im Klimasystem der Erde und dessen Veränderungen zu bilden.

Diese Arbeit richtet sich direkt an Lehrerinnen und Lehrer, die das Thema im Unterricht

einbauen wollen. Dazu wird im ersten Teil der Arbeit eine kurze Zusammenfassung der

wichtigsten Fakten zum Thema Klima und Klimawandel zu finden sein und soll eine Grundlage

bieten um die häufig gestellten Fragen zum Klimawandel des IPCC (2007 und 2013a) sowie

des Informationsportal Klimawandel der ZAMG beantworten zu können.

2

Da in der Arbeit besonders der Umgang mit dem Klimawandel als Kontext in der Schule

thematisiert wird, ist im darauffolgenden Abschnitt zu finden, wie dieses Thema in der Schule,

laut Lehrplänen, eingesetzt werden sollte. Des Weiteren werden häufig auftretende

Schülervorstellungen vorgestellt und darauf hingewiesen woher diese kommen könnten.

Ebenso werden Untersuchungen zum Interesse der Schülerinnen und Schüler im

Physikunterricht vorgestellt und wie der Kontext des Klimawandels dort anzuordnen ist.

Der nächste Abschnitt soll eine kurze Einführung in klimaskeptische Betrachtungen sein, wie

sie in verschiedenen Medien vertreten sind und auch in den Vorstellungen der Schüler vor-

handen sein können. Dazu werden die wichtigsten Aussagen von Klimaskeptikern zusammen-

gefasst und auf widerlegende Fakten im ersten Teil verwiesen.

Mit Hilfe eines Fragebogens sollte herausgestellt werden, was Schülerinnen und Schüler über

den Klimawandel wissen und wie die Einstellung zu diesem Thema ist. Ebenso sollte

herausgefunden werden, wie es mit dem Interesse und der Einbindung des Themas in der

Schule aus Sicht der Befragten aussieht. Dazu sollten diese eine Auswahl der häufig gestellten

Fragen zum Klimawandel beantworten. Bei der Ausarbeitung wurde unter anderem darauf

geachtet, welche fehlerhaften Vorstellungen vorhanden sind. In einem zweiten Teil sollten die

Schülerinnen und Schüler über die Einstellung zum Klimawandel abstimmen sowie ihr

Interesse an diesem Thema bekunden. Ebenso wurde nach Informationsquellen und über die

Einbindung des Themas in der Schule gefragt.

3

2. Theoretischer Teil

2.1. Basiswissen zum Thema Klima und Klimawandel

An dieser Stelle soll eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Fakten zum Thema Klima

und Klimawandel stehen. Diese Fakten bieten die Antworten auf einige häufig gestellte Fragen

zum Thema Klima und Klimawandel, wie sie in den Assessment Reports des IPCC (2007 und

2013) und auf dem Informationsportal Klimawandel der Zentralanstalt für Meteorologie und

Geodynamik (ZAMG) zu finden sind.

2.1.1. Wetter vs. Klima

Oft können Behauptungen wie „Wie soll man Aussagen über das Klima über viele hunderte

Jahre machen, wenn man das Wetter der nächsten zehn Tage nicht vorhersagen kann“, gelesen

werden. Matulla (2009) beschreibt das Verhältnis von Wetter und Klima mit folgender

Analogie: Zwei Fußballmannschaften spielen in der gleichen Liga. Die eine verliert zwar ein

Match gegen die andere, am Ende der Saison gewinnt sie aber doch die Meisterschaft. Auf das

Wetter und Klima umgelegt entsprechen die einzelnen Spiele dem Wetter und der Meistertitel

dem Klima.

So könne das Wetter an einem Badeort, der für viele Sonnenstunden bekannt ist, auch einmal

schlecht sein. Das bedeute allerdings noch nicht, dass wegen des schlechten Wetters dort nicht

ein Urlaub verbracht werden solle (vgl. Matulla 2009, S. 165–166).

Beide Begriffe, Wetter und Klima, sind sehr eng miteinander verwoben, aber es gibt

entscheidende Unterschiede. Eine einfache und ebenso häufige Betrachtung definiert Klima als

durchschnittliches Wetter (vgl. Cubasch et al. 2013, S. 126; IPCC 2007, S. 6).

Um den Unterschied besser aufzuzeigen, ist es hilfreich Definitionen für beide Begriffe zu

finden.

Wetter: Beschreibt die momentanen Vorgänge in der Troposphäre zu einer bestimmten Zeit

und an einem bestimmten Ort. Dies geschieht durch Parameter wie Temperatur, Luftdruck,

Feuchtigkeit, Sonnenstrahlung, Wind und viele andere (vgl. IPCC 2013b, S. 126; Hupfer et al.

2005, S. 4–5; Baede et al. 2001, S. 87; Cubasch et al. 2013, S. 126).

Klima: Das Wort Klima lässt sich vom griechischen Verb für „sich neigen“ ableiten und deutet

die Neigung der Erdachse gegen die Sonne an. In diesem Sinne lässt sich Klima als Abhängigkeit

des Wetters von der Sonneneinstrahlung zum jeweiligen Breitengrad verstehen. Diese Idee

4

geht schon auf Hippokrates oder auch Aristoteles zurück (vgl. Hupfer et al. 2005, S. 5; Malberg

2007, S. 271).

Eine aktuellere Definition bietet Malberg (2007):

„Unter dem Klima eines Orts verstehen wir die Gesamtheit der atmosphärischen Zustände und Vorgänge in einem hinreichend langen Zeitraum, beschrieben durch den mittleren Zustand (Mittelwerte) sowie durch die auftretenden Schwankungen (Streuung, Häufigkeitsverteilung, Extremwerte usw.).“ (Malberg 2007, S. 272)

Latif geht sogar so weit, den Begriff „Klima“ als ein rein mathematisches Konstrukt zu sehen

(vgl. Latif 2012, S. 19).

Als hinreichend langer Zeitraum, wie im obigen Zitat ist, laut WMO, eine Periode von 30 Jahren

zu verstehen. Diese sei lang genug um statistische Aussagen über alle Abläufe und Vorgänge

treffen zu können, aber nicht zu lang, um signifikante Trends durch die Mittelung zu glätten,

sodass diese nicht mehr sichtbar seien. Dieser Zeitraum kann aber auch durchaus größer sein.

Die Betrachtungen reichen von Monaten, Jahrzehnten bis hin zu Jahrhunderten oder sogar

Millionen von Jahren (vgl. Hupfer et al. 2005, S. 237; Malberg 2007, S. 272; IPCC 2013b, S. 126;

Cubasch et al. 2013, S. 126).

Unterschiede der beiden Begriffe bestehen zum einen in der zeitlichen Betrachtung, aber auch

in deren Vorhersagbarkeit. Während die chaotische Natur des Wetters eine Vorhersage über

mehrere Tage hinaus weitgehend unmöglich macht, lassen sich Veränderungen im Klima über

viel längere Zeiträume vorausberechnen (vgl. IPCC 2007, S. 6–7).

2.1.1.1. Zeitskalen

Wie bei der Definition von Klima und Wetter schon gesehen, spielen Zeiträume eine wichtige

Rolle in der Beschreibung von Klima und vor allem in der Beschreibung von Phänomenen in

dem Klimasystem der Erde.

Einzelne Ereignisse lassen sich am einfachsten nach ihrer charakteristischen Zeit anordnen,

was mit der mittleren Lebensdauer des Phänomens, wie zum Beispiel der mittleren Dauer

einer Eiszeit, oder mit der mittleren Zykluszeit, wie etwa der Tageslänge, gleichzusetzen ist.

Das bedeutet, dass die Verteilung der zeitlichen Abläufe von Vorgängen im Klimasystem sehr

kurze Ereignisse, 10-4 s im Bereich der Mikroturbulenzen in der Atmosphäre wie etwa

Hitzeflimmern, sowie sehr lange paläoklimatologische Ereignisse, wie der Zyklus der Kalt- und

Warmzeiten (108-109 Jahre), abdeckt.

Die Komplexität des Klimasystems zeigt sich auch bei der Betrachtung von zeitlichen Abläufen

in dessen Subsystemen (siehe Geosphären in Kapitel 2.1.2), bzw. in den Sub-Subsystemen (wie

etwa der Troposphäre). So müssen zusätzlich noch die mittlere Verweildauer, beispielsweise

von Gasen oder Partikeln in der Atmosphäre, die mittlere Umwälzzeit, also die Zeit, die ein

Partikel bräuchte, um einmal durch das Subsystem transportiert zu werden, oder

5

Reaktionszeiten auf Störungen, also die Zeit, die benötigt wird, um ein Subsystem nach einer

Störung (Wechselwirkungsvorgang oder äußerer Einfluss) wieder in den Ausgangszustand

zurück zu versetzen, in die zeitliche Betrachtung des Klimasystem eingebracht werden (vgl.

Schönwiese 2013, S. 47–53).

Abbildung 1: Charakteristische Zeiten atmosphärischer Phänomene (Quelle: Schönwiese 2013, S. 48)

Wenn nun die räumlich- horizontale Ausdehnung und die charakteristische Zeit einzelner

atmosphärischer Phänomene in Beziehung gesetzt werden, lässt sich eine gewisse

Regelmäßigkeit feststellen. So zeigt sich, dass es eine Reihe von Phänomen gibt, die sich entlang

einer Geraden anordnen lassen. Das heißt, Ereignisse mit einer geringen Ausdehnung von

wenigen Millimetern und einer charakteristischen Zeit von Millisekunden bis hin zu

Ereignissen mit globalen Ausdehnungen und charakteristischen Zeiten von Monate, liegen bei

dieser Betrachtung auf einer Geraden in der Grafik.

Aber es gibt auch einige Phänomene, die sich nicht an diese Regelmäßigkeit halten und

außerhalb dieser Geraden im Diagramm liegen. Es zeigt sich, dass sich diese Ereignisse alle in

größeren charakteristischen Zeiten, das heißt Monate und mehr, abspielen.

Bei genauer Betrachtung lassen sich auf diese Weise meteorologische Phänomene, also jene,

die sich in die Gerade einordnen lassen, von klimatologischen Phänomen, diejenigen, die

außerhalb stehen, differenzieren. Des Weiteren zeigt sich, dass Klimaereignisse allesamt in

großen charakteristischen Zeiten ablaufen, aber die räumlichen Anordnungen der einzelnen

Phänomene sehr breit verteilt sind (vgl. Schönwiese 2013, S. 53–55).

6

Abbildung 2: Beziehung zwischen räumlich- horizontaler Anordnung und charakteristischen Zeiten von atmosphärischen Phänomenen. Innerhalb des strichlierten Bereiches sind meteorologische Ereignisse zu finden und klimatologische Phänomene sind durch Kreise dargestellt. (Quelle: Schönwiese 2013, S. 54)

7

2.1.2. Klimasystem und Geosphären

Die bisher genannte Definition des Klimas alleine ist noch nicht ausreichend, um den

Klimawandel verstehen zu können. Als nächstes soll das Klimasystem genauer vorgestellt

werden.

Eine Definition hierfür bietet Planton im 5. Assessment Report des IPCC (2013):

“The climate system is the highly complex system consisting of five major components: the atmosphere, the hydrosphere, the cryosphere, the lithosphere and the biosphere, and the interactions between them. The climate system evolves in time under the influence of its own internal dynamics and because of external forcings such as volcanic eruptions, solar variations and anthropogenic forcings such as the changing composition of the atmosphere and land use change”. (Planton 2013, S. 1451)

Eine alternative Definition bietet Malberg (2007):

„Thermodynamisch betrachtet, stellt das natürliche Klimasystem der Erde ein geschlossenes System dar, das sich aus den offenen Untersystemen A [Atmosphäre], H [Hydrosphäre], C [Kryosphäre], B [Biosphäre], P [Pedosphäre, als oberster Teil der Lithosphäre] und L [Lithosphäre] zusammensetzt.“ (Malberg 2007, S. 303)

Abbildung 3: Diese schematische Darstellung der Komponenten des Klimasystems und deren Wechselwirkungen zeigen die hohe Komplexität des Klimasystems. (Quelle: IPCC 2007, S. 6)

8

Als erstes soll das Klimasystem als Vereinigung von den oben angeführten Untersystemen, den

sogenannten Geosphären, beschrieben werden und hierfür wird kurz auf die einzelnen

Geosphären eingegangen. Im Anschluss werden dann deren Interaktionen beschrieben, um

schlussendlich die vom IPCC angeschnittenen externen und internen, Antriebe zu behandeln.

Die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik schreibt in ihrem Informationsportal

zum Klimawandel auf deren Homepage zu dem Begriff „Geosphäre“:

„Einem klassischen geografischen Konzept zufolge lassen sich die an der Oberfläche der Erde vorliegenden Formen und Prozesse verschiedenen Hüllen zuordnen. Diese Geosphären sind als Komplex zu verstehen. Sie beeinflussen einander und sind vielfach untrennbar verschnitten.“ (ZAMG- Informationsportal Klimawandel)

2.1.2.1. Atmosphäre

Die Atmosphäre ist der Teil des Klimasystems, der den schnellsten Änderungen unterliegt und

am wenigsten Stabilität zeigt. Die Zusammensetzung der trockenen Atmosphäre ist in der

folgenden Tabelle zusammengefasst.

Die angegeben Gase reagieren nur sehr wenig mit der einfallenden Sonnenstrahlung und

reagieren überhaupt nicht mit der Infrarotstrahlung der Erde. Dafür gibt es eine Reihe von

Gasen, wie zum Beispiel Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Lachgas (N2O) und Ozon (O3), die

Infrarotstrahlung sowohl absorbieren als auch emittieren und somit eine wichtige Rolle in der

Energiebilanz der Erde spielen. Diese sogenannten Treibhausgase machen zusammen weniger

als 0,1 % der Atmosphäre aus (vgl. Baede et al. 2001, S. 87).

Tabelle 1: Zusammensetzung der trockenen Atmosphäre (vgl. Hupfer et al. 2005, S. 27; Malberg 2007, S. 6)

Stickstoff (N2) 78,09 %1

Sauerstoff (O2) 20,9 %

Argon (Ar) 0,93 %

Neon (Ne) 1,8.10-3 %oder 18 ppm 2

Helium (He) 5,24.10-4 % oder 5 ppm

Krypton (Kr) 1.10-4 % oder 1,1 ppm

Wasserstoff (H2) 5.10-5 % oder 0,5 ppm

oder Xenon (Xe) 8.10-7 %

Bisher wurde nur die trockene Atmosphäre betrachtet. Ein weiteres Gas, das Teil der

Atmosphäre ist, ist der Wasserdampf (H2O). Der Wasserdampf ist mit einem Volums-Anteil der

1 Alle Prozentangaben in diesem Abschnitt beziehen sich auf das Volumen. 2 ppm… Parts per Million

9

zwischen 1 und 4 % (Hupfer et al. 2005, S. 27) der Atmosphäre ausmachen kann, das

wichtigste natürliche Treibhausgas (vgl. Baede et al. 2001, S. 87–88).

Auf die Wirkung dieser Gase, den Treibhauseffekt, soll später genauer eingegangen werden.

Abgesehen von den oben aufgezählten Gasen beinhaltet die Atmosphäre auch feste Partikel,

Flüssigkeiten (Aerosole) und Wolken, die mit der ein- und ausgehenden Strahlung in einem

sehr komplexen und räumlich variablen Verhalten reagieren (vgl. Baede et al. 2001, S. 88).

2.1.2.2. Hydrosphäre

Die Hydrosphäre, als weiterer Teil des Klimasystems, beinhaltet alles auf der Erde vorhandene

Wasser, also das Wasser in den Ozeanen und Meeren, in Seen und Flüssen, aber auch

Untergrundwasser.

Die Ozeane alleine decken ca.70 % der Erdoberfläche ab. Aufgrund der hohen spezifischen

Wärmekapazität von Wasser (4180 Jkg-1K-1 (Hupfer et al. 2005, S. 318)) und der hohen Masse

der gesamten Hydrosphäre von ca. 1,4 ∙ 109 Gt bietet diese eine sehr hohe Speicherkapazität

für Energie. Aufgrund dessen können viele jahreszeitliche wie auch längerfristige

Temperaturschwankungen gedämpft werden. Ein weiterer wichtiger Punkt für das Klima ist

der Transport und die Speicherung von Energie und Spurenstoffen (vor allem CO2 in Lösung)

(vgl. Baede et al. 2001, S. 88; Haimberger et al. 2014, S. 140).

2.1.2.3. Kryosphäre

Ein weiterer Teil des Klimasystems wird von der Kryosphäre gebildet. Diese beinhaltet neben

den großen Eisschilden in der Antarktis und Grönland auch Meereis (Arktische Eiskappe) und

Inlandeis, wie zum Beispiel Gletscher, aber auch Eis in den sogenannten Permafrostböden.

Haimberger et al. für das APCC (2014) gehen sogar noch weiter und zählen auch gefrorene

Wolken- und Niederschlagspartikel zur Kryosphäre. Die Kryosphäre hat einen wichtigen

Einfluss auf die Energiebilanz und damit auf das Klima der Erde wegen dem hohen

Reflexionsvermögen, der sogenannten Albedo, von Eis und Schnee (vgl. Baede et al. 2001, S.

88; Haimberger et al. 2014, S. 140).

Hupfer et al. (2005) geben als Definition der Albedo an:

(1) α =reflektierte Strahlung

einfallende Strahlung

“Das Verhältnis […] ergibt den Reflexionskoeffizienten. In Prozent ausgedrückt wird diese Größe

als Albedo bezeichnet.“ (Hupfer et al. 2005, S. 48).

Die folgende Tabelle soll einige Beispiele für Werte, die die Albedo für Schnee und Eis im

Speziellen annehmen kann. Zum Vergleich ist auch die Albedo von Ozeanwasser angeben.

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Tabelle 2: Einige Beispiele für die Albedo bestimmter Oberflächen (vgl. Hupfer et al. 2005, S. 49)

Oberfläche Albedo

Neuschnee 75-90 %

Trockener kalter Schnee 25-40 %

Altschnee, schmelzend 40-70 %

Eis/ Meereis ohne Schnee 60-75 %

Gletschereis 20-45 %

Wasser 3-10 %

Als weiteren Punkt geben Baede et al. für das IPCC (2001) an, dass die Kryosphäre, aufgrund

der hohen thermischen Trägheit, einen großen Einfluss auf die Ozean- Tiefenwasser-

Zirkulation hat. Auch die großen Mengen an Wasser, die als Eis einen Teil der Kryosphäre

bilden (3 ∙ 107 Gt), könnten eine mögliche Quelle für Variationen des Meeresspiegels sein (vgl.

Baede et al. 2001, S. 88; Haimberger et al. 2014, S. 140–141).

Über die Bedeutung der Kryosphäre zum beobachtbaren Klimawandel schreibt das APCC: „Am

Rückgang von Meer- und Inlandeis sowie an der Verkürzung der Schneedeckendauer lässt sich

der stattfindende Klimawandel sehr deutlich ablesen.“(Haimberger et al. 2014, S. 141)

2.1.2.4. Lithospähre

Die Lithosphäre umfasst die Erdkruste und den obersten Teil des Erdmantels. Sie bildet damit

die äußerste Hülle der festen Erde und besteht aus einzelnen Platten, die sich in Bewegung

befinden (vgl. ZAMG- Informationsportal Klimawandel).

Sie nimmt mit einer Masse von 6 ∙ 1012 Gt einen sehr großen Teil der Erde ein. Sie ist der größte

Speicher für Kohlenstoff in verschiedenen Formen (Kalk, Kohle, Erdöl und -gas). Die natürliche

Abgabe von Kohlenstoff aus der Lithosphäre an die Atmosphäre geschieht langsam (vgl.

Haimberger et al. 2014, S. 141).

Diese Abgabe wird später im sogenannten Karbonat-Silikat-Kreislauf beschrieben.

2.1.2.5. Biosphäre

Als eine weitere Geosphäre sei noch die Biosphäre zu nennen. Die Biosphäre als solche lässt

sich in alle anderen Geosphären einbinden und steht nicht getrennt da. Sie hat trotz ihrer

geringen Masse (1,8 ∙ 103 Gt) einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung der

Atmosphäre, indem sie die Aufnahme oder Abgabe von Treibhausgasen beeinflusst. So werden

zum Beispiel durch die Photosynthese in den Pflanzen große Mengen an Kohlenstoff oder

11

Kohlendioxid gespeichert. Die Biosphäre hat aber auch eine wichtige Rolle für die Bilanz von

anderen Treibhausgasen, wie Methan oder Stickoxide, oder aber auch auf Aerosole.

Der Mensch ist als ein Teil der Biosphäre zu betrachten und verändert diese vor allem durch

Landnutzung oder Verbauung, aber auch durch Emission von Spurengasen.

Der Einfluss des vorherrschenden Klimas auf die Biosphäre wird in Fossilien, Baumringen,

Pollen usw. konserviert und bietet somit die Möglichkeit, in die Klimavergangenheit zu

schauen (vgl. Baede et al. 2001, S. 89; Haimberger et al. 2014, S. 141).

2.1.2.6. Pedosphäre

Als letzten Teil des Klimasystems sei noch die Pedosphäre erwähnt. Diese stellt ein gutes

Beispiel für die oben angesprochene Überschneidung der einzelnen Geosphären dar (hier

Atmosphäre, Biosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre und Lithosphäre). Sie ist die Trennschicht

zwischen Lithosphäre und Atmosphäre.

Ein Beispiel für den Einfluss der Pedosphäre auf das Klima wäre die Regelung der

Bodenfeuchte. So beeinflusst die Vegetation, als Teil der Biosphäre, und der Boden, als Teil der

Lithosphäre, wie Energie, die von der Sonne kommt, wieder an die Atmosphäre zurückgegeben

wird. Ein Teil der einfallenden Strahlung wird als langwellige (Infrarot-) Strahlung

zurückgestrahlt und erwärmt dabei die darüber liegende Atmosphäre, wenn der Boden

erwärmt wird. Ein anderer Teil dient dazu, Wasser zu verdunsten, welches sowohl im Boden

als auch in Blättern von Pflanzen vorhanden ist, und somit Wasser aus dem Boden wieder an

die Atmosphäre zurückzugeben.

Die sogenannte Bodenfeuchte, definiert als das in den Bodenporen befindliche und an den

Bodenpartikeln gebundene Wasser, hat wiederum einen großen Einfluss auf die

Oberflächentemperatur. Des Weiteren beeinflusst die Form der Landoberfläche, sowohl durch

Vegetation als auch durch Topographie, die Dynamiken in der Atmosphäre, wie zum Beispiel

den Wind. Der Wind wiederum wirbelt Staub auf, der wiederum mit der Atmosphäre

interagiert (vgl. Baede et al. 2001, S. 89; Hupfer et al. 2005, S. 179).

12

2.1.3. Interne Wechselwirkungen

“Many physical, chemical and biological interaction processes occur among the various components of the climate system on a wide range of space and time scales, making the system extremely complex. Although the components of the climate system are very different in their composition, physical and chemical properties, structure and behaviour, they are all linked by fluxes of mass, heat and momentum: all subsystems are open and interrelated.” (Baede et al. 2001, S. 89)

Nachdem das Klimasystem als solches beschrieben wurde, sollen jetzt die bestimmenden

Faktoren des Klimas aufgelistet werden. Diese Faktoren können in zwei Teile getrennt werden.

Als erstes wären interne, also solche, die aufgrund von inneren Dynamiken entstehen, das

heißt Wechselwirkungen zwischen den Geosphären, zu nennen und zweitens externe, die

durch Änderungen von äußeren Einflüssen das Klima ändern. Diese werden auch „Antriebe“

genannt. Zu diesen Antrieben zählen zum Beispiel Vulkanausbrüche oder der menschliche

Einfluss auf die Atmosphäre (vgl. IPCC 2007, S. 4).

Zuerst sollen die internen Faktoren, also die Wechselwirkungen der einzelnen Teile des

Klimasystems, behandelt werden. Hierzu sollen nur einige Bespiele erwähnt und deren

Auswirkungen für das System angedeutet werden.

2.1.3.1. Atmosphäre – Ozean Wechselwirkung

Als erstes sei der Wasserkreislauf zu nennen als Beispiel für die enge Verknüpfung von

Atmosphäre und Ozeanen.

Durch Verdunstung werden Wolken gebildet, die wiederum zu Niederschlägen führen. Auf der

anderen Seite haben Niederschläge Auswirkungen auf die Salinität, also den Salzgehalt der

Ozeane, und somit auf die thermohaline Zirkulation, die zu den weltumspannenden

Meeresströmungen führt. Dabei werden auch Gase, wie zum Beispiel Kohlendioxid, zwischen

der Atmosphäre und den Ozeanen ausgetauscht. Die Gase werden in den kalten Polargebieten

gelöst, wo sie absinken und in wärmeren Gebieten, nahe dem Äquator, wieder dissoziieren und

somit zurück in die Atmosphäre abgegeben werden (vgl. Baede et al. 2001, S. 89).

Wichtige Beispiele für die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozean, die sich auf

Zeitskalen von wenigen Jahren bis Jahrhunderten abspielen, sind El Niño-Southern Oscillation

(ENSO) und der Nordatlantikstrom.

Das Phänomen El Niño tritt in unregelmäßigen Abständen im tropischen Pazifik auf. Es handelt

sich dabei um eine Anomalie der Meeresoberflächentemperatur von mehreren Grad und damit

verbunden sind immer auch Auswirkungen auf die Atmosphäre darüber.

13

Eine besonders für den europäischen Raum interessante Wechselwirkung stellt der

Nordatlantikstrom dar. Der Golfstrom, zusammen mit dem Nordatlantikstrom, transportiert,

als Teil eines weltumspannenden Meeresstromsystems, warmes Wasser aus dem Golf von

Mexiko vor die Küsten Europas. Die damit verbundene nordatlantische Oszillation (NAO) ist

für Klimaschwankungen im europäischen Raum verantwortlich, vor allem im Winterhalbjahr

(vgl. Haimberger et al. 2014, S. 150).

2.1.3.2. Der Karbonat-Silikat-Kreislauf

Als Beispiel für eine Wechselwirkung, die über einen sehr großen Zeitraum (mehrere

Jahrmillionen) wirkt, soll der Karbonat-Silikat-Kreislauf genannt werden.

CO2 aus der Atmosphäre wird in Regenwasser in Form von Kohlensäure (H2CO3) gelöst, was

wiederum zu einer schwachen Säure führt. Diese wirkt aber über einen langen Zeitraum stark

genug, um Silikatgestein zu lösen. So wird zum Beispiel Wollastonit (CaSiO3) durch

Kohlensäure zu Kalzium- (Ca+) und Bikarbonationen (HCO3−) und gelösten Siliziumoxid (SiO2)

getrennt, die durch Flüsse in die Ozeane transportiert werden können. Dort werden diese

Stoffe von Organismen, wie zum Beispiel Foraminiferen, zum Aufbau von deren Schalen, aus

Kalziumkarbonat (CaCO3) verwendet. Wenn diese Organismen sterben, fallen ihre Skelette auf

den Meeresboden und werden dort in die Sedimentschicht eingebaut oder vorher schon

wieder aufgelöst.

Durch diesen Verwitterungsvorgang wird sehr langsam das CO2 aus der Atmosphäre

gebunden, was auf lange Sicht lebensfeindliche Bedingungen zur Folge hätte. Damit dies nicht

geschieht, gibt es einen Vorgang, der diesem entgegenwirkt: Die Plattentektonik

Durch die Plattentektonik wird der Meeresboden mit allen darauf befindlichen Sedimenten

subduziert und ins Erdinnere gedrückt. Dort sind die Temperaturen und Drücke viel höher,

was zur Folge hat, dass Karbonatgesteine sich wieder mit SiO2 verbinden und Silikatgestein

bilden, wobei CO2 bei diesem Vorgang frei gesetzt wird. Dieses CO2 wird bei Vulkanausbrüchen

wieder an die Atmosphäre abgegeben, was den Karbonat–Silikat-Kreislauf schließt (vgl.

Kasting & Catling 2003, S. 439–441; Rahmstorf & Schellnhuber 2012, S. 15–16).

2.1.3.3. Weitere Beispiele von Wechselwirkungen von Geosphären

Es gäbe noch viele weiter Beispiele von Wechselwirkungen im Klimasystem. An dieser Stelle

sollen nur zwei Stellvertreter genannt werden:

Meereis kann den Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre verhindern. (vgl. Baede et

al. 2001, S. 89)

Die Biosphäre beeinflusst die Kohlendioxid-Konzentration durch Photosynthese und

Atmung, die wiederum Auswirkungen auf das Klimasystem hat. Ebenso hat die Biosphäre

14

Auswirkungen auf den Eintrag von Wasser in die Atmosphäre, etwa durch Verdunstung

bei Pflanzen (vgl. Baede et al. 2001, S. 89).

15

2.1.4. Rückkopplungen

Im Hinblick auf den internen Austausch von Energie kann das Klimasystem als offen betrachtet

werden, wohingegen es auf den Stoffaustausch bezogen im Wesentlichen als geschlossen

angesehen werden kann. Bei dem Austausch, den so genannten Flüssen von Energie, Impuls

oder Stoffen, geht das Klimasystem wichtige Wechselwirkungsbeziehungen ein und damit sind

auch Rückkopplungsschleifen besonders wichtig. Diese Schleifen mit den unterschiedlichen

Reaktionszeiten machen das Klimasystem sehr komplex (vgl. Hupfer et al. 2005, S. 240).

Beispielsweise liegen diese Reaktionszeiten in der Atmosphäre (je nach Höhe und Schicht)

zwischen einigen Tagen und wenigen Jahren. Wohingegen die Dauer in den Ozeanen (je nach

Tiefe) zwischen Monaten und 1000 Jahren liegt, bei Inlandeis sogar zwischen 1000 und

100 000 Jahren (vgl. Jacobeit 2007, S. 2).

Bei Rückkopplungen können prinzipiell zwei Arten unterschieden werden. Zum einen gibt es

positive Rückkopplungen, diese bewirken eine Verstärkung der aufgetretenen Störung. Zum

anderen gibt es negative Rückkopplungen. Um solche handelt es sich, wenn eine entstandene

Anomalie zu Reaktionen führt, die diese wieder abbauen oder wenn es zu einem Selbst-

regulierungsvorgang kommt. Diese negativen Rückkopplungen sind für eine Stabilität des

Klimasystems verantwortlich. Treten zum Beispiel verstärkende Prozesse ein, die das

herrschende System ins Ungleichgewicht bringen, leiten die negativen Rückkopplungen

wieder eine Stabilisierung ein. Die Rückkopplungsschleifen sind sehr komplexe Vorgänge und

nicht immer leicht zu erkennen. Das führt dazu, dass ihre Gesamtheit noch nicht hinreichend

bekannt ist, was zu gewissen Unsicherheiten in der Vorhersage von zukünftigen Klima-

entwicklungen führt (vgl. Hupfer et al. 2005, S. 241).

Ein Beispiel für eine Rückkopplung hängt mit der Bildung von Wolken und atmosphärischem

Wasserdampf zusammen. Durch die Erwärmung der unteren Atmosphäre, etwa hervorgerufen

durch den anthropogenen Treibhauseffekt, kann die Luft mehr Wasserdampf aufnehmen

(Clausius–Clapeyron-Beziehung). Da Wasserdampf selbst wieder als Treibhausgas fungiert,

führt die Mehraufnahme zu einer verstärkten Erwärmung. Es hat sich also eine positive Rück-

kopplung ausgebildet. Diese wird wiederum durch eine negative Rückkopplung reguliert. So

bilden sich durch die vermehrte Aufnahme von Wasserdampf und die höheren Temperaturen

in der Atmosphäre wieder Wolken, diese erhöhen ihrerseits die Albedo an der Wolken-

oberseite, was eine Erwärmung wieder ausgleicht.

Als weiteres Beispiel wäre die Eis-Albedo-Rückkopplung zu nennen. Bei der Bildung von Eis

oder Schnee wird die Albedo an der betroffenen Stelle massiv erhöht, was dazu führt, dass

weniger Energie aufgenommen werden kann bei gleichbleibender Einstrahlung. Dies führt zu

16

einer Abkühlung der Oberfläche, was wiederum weitere Eisbildung begünstigt (vgl. Hupfer et

al. 2005, S. 241–242).

Die Eis–Albedo-Rückkopplung kann auch von einem anderen Standpunkt betrachtet werden.

Durch einen Anstieg der Treibhausgaskonzentration kommt es zu einer Erwärmung des

Klimas. Das führt dazu, dass Eis und Schnee zu schmelzen beginnen. Dabei werden die zuvor

hellen mit Schnee und Eis bedeckten Stellen, also die Stellen mit einer besonders hohen Albedo,

durch dunkle Stellen der darunter liegenden Land- oder Wassermassen frei. Diese dunklen

Stellen haben eine geringere Albedo (siehe Tabelle 2), was zu einer erhöhten Absorption von

Sonnenstrahlung und somit zu einer Erwärmung führt. Diese Erwärmung treibt wiederum das

Abschmelzen von Schnee- und Eisflächen voran. Es hat sich also eine positive Rückkopplung

ausgebildet (vgl. IPCC 2007, S. 5).

Abbildung 4: Klima-Rückkopplungen und Zeitskala, in der die Rückkopplungen ablaufen. Positive Rückkopplungen (+), negative Rückkopplungen (-) und solche, die sowohl positive als auch negative Rückkopplungen sind (+/-).(Quelle: IPCC 2013b, S. 128)

17

2.1.5. Klimamodell-Energiebilanz

Bevor die oben angesprochenen, externen Antriebe abgehandelt werden, bietet es sich an, eine

Bilanzbetrachtung anzustellen. In dieser wird ein einfaches Modell erstellt, das so genannte

„Null–Dimensionale Energiebilanzmodell“. Anhand dieses Modells wird der Treibhauseffekt

eingeführt und erläutert werden. Im Anschluss wird wieder auf die externen Antriebe und

deren Bedeutung für das Klimasystem zurückgeführt.

Es gibt eine Vielzahl an Modellen, um das Klimasystem der Erde zu beschreiben. Sie

unterscheiden sich in der Anzahl der Freiheitsgrade und der damit zusammenhängenden

Komplexität. Eine einfache Methode stellen Energiebilanzmodelle dar. Diese verwenden

ausschließlich die Temperatur als Variable.

Das folgende Modell verwendet eine einfache Betrachtung der Strahlungsbilanz. Das

physikalische Prinzip eines so modellierten Klimas ist ein Gleichgewicht zwischen der Menge

an eingebrachter Sonnenstrahlung, die von der Atmosphäre in einer kleinen Säule über der

Oberfläche absorbiert wird und der Menge an abgegebene Strahlung ins Weltall (vgl. North

& Kim 2015, S. 69).

Zunächst soll aber der Begriff der Strahlung genauer betrachtet werden.

Elektromagnetische Strahlung ist eine Form von Energie. Für klimatologische Betrachtungen

ist die Bestrahlungsstärke eine wichtige Größe. Diese wird definiert als Strahlungsenergie, δQ,

die pro Zeiteinheit dt auf die Fläche dt eintrifft:

(2) E =

δQdtdA

Die Einheit der Bestrahlungsstärke ist Wm-2.

Beschreibende Parameter der Strahlung sind die Wellenlänge λ und die Frequenz f. Diese

hängen über folgenden, in der Formel dargestellten, Zusammenhang zusammen:

(3) c = λ ∙ f

Dabei ist c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Strahlung, also etwa 300 000 km/s. Die Erde

erhält ihre gesamte Strahlungsenergie von der Sonne. Diese hat eine Energieproduktion von

etwa 3,8.1023 kW. Die Energie wird im inneren der Sonne durch thermonukleare

Kernreaktionen erzeugt und nach allen Seiten abgestrahlt. Nach ca. 8 Minuten trifft sie von der

Sonnenoberfläche auf die Erde.

Die Energie, die pro Quadratmeter und senkrecht zum Sonnenstrahl am Rand der Atmosphäre

auftritt, beträgt etwa S0 = 1360,8 ± 0.5 Wm-2 (Kopp & Lean 2011, S. 6). Diese Strahlungs-

energie, die pro Sekunde auf einen Quadratmeter Fläche auftritt, wird "Solarkonstante"

18

genannt. Diese Konstante ist allerdings nicht konstant, sondern schwankt leicht (vgl. Malberg

2007, S. 37–39).

Auf die Variabilität der Solarkonstanten wird später noch eingegangen.

Im jährlichen Durchschnitt erhält jeder Quadratmeter außerhalb der Atmosphäre 342 Wm-2 an

Sonnenstrahlung3. Davon werden 31 % sofort wieder in den Weltraum zurück reflektiert. Dies

geschieht zum einen durch die Wolken und kleine Partikel, den sogenannten Aerosolen, aber

auch wegen der oben schon erwähnten Albedo.

Die Aerosole sind besonders dann zu beachten, wenn diese in große Höhen gelangen, wie es

zum Beispiel bei Vulkanausbrüchen geschehen kann. Der Einfluss von Vulkanen auf die Albedo

kann sogar so stark sein, dass die mittlere globale Oberflächentemperatur um etwa 0,5° C

absinken kann. Dieser Zustand kann zwischen mehreren Monaten bis hin zu Jahren so bleiben.

Bei einer typischen Eruption werden Schwefelpartikel in die Atmosphäre geschleudert. Dort

werden sie normalerweise nach einigen Wochen wieder vom Regen ausgewaschen. Bei

besonders starken Vulkanausbrüchen werden diese Partikel weit über die höchsten Wolken

geschleudert, dort beeinflussen sie das Klima für ein bis zwei Jahre, bevor sie wieder durch

Niederschläge auf die Erdoberfläche transportiert werden.

Die verbleibenden 235 Wm-2 werden zum Teil von der Atmosphäre absorbiert, aber der

Großteil, also 168 Wm-2, erwärmt die Erdoberfläche.

Jeder (schwarze) Körper strahlt Energie in Form von Strahlung ab. Dies geschieht nach dem

Stefan–Boltzmann-Gesetz. Dabei ist die ausgestrahlte Gesamtenergie E proportional zur

vierten Potenz der Temperatur T des Körpers:

(4) E = σ ∙ T4

σ = 5,67.10-8 Jm-2K-4s-1 ist dabei die so genannte Stefan-Boltzmann Konstante.

Um Aussagen über den Spektralbereich, der abgegeben Strahlung beziehungsweise über das

Maximum der Strahlungsenergie zu treffen, muss das Wiensche Verschiebungsgesetz

betrachtet werden:

(5) λmax ∙ T = konst. = 2,8978 ∙ 10−3 mK

Das Verschiebungsgesetz besagt, dass die Wellenlänge des Maximums der Strahlungsenergie

umso kürzer ist, je größer die Temperatur oder umso länger, je kleiner die Temperatur ist.

3 Die hier dargestellten Werte beziehen sich auf ältere Messungen der Solarkonstanten mit einem mittleren Wert

von 1368 Wm-2.

19

Wenn jetzt die effektive Temperatur der Sonne eingesetzt wird, kann eine Wellenlänge von

etwa 0,5 µm errechnet werden. Das heißt, das Strahlungsmaximum liegt im sichtbaren Bereich,

genauer gesagt im grünen Bereich des Spektrums.

Die globale Durchschnittstemperatur beträgt ungefähr 14° C = 287 K. Wenn diese Temperatur

eingesetzt wird, errechnet sich eine Wellenlänge von ca. 10 µm, also im Infrarotbereich des

Spektrums für abgegebene Strahlung der Erde (vgl. Baede et al. 2001, S. 89; Malberg 2007, S.

47–48; IPCC 2007, S. 4–5).

Abbildung 5: Elektromagnetisches Strahlungsspektrum. Der sichtbare Teil im Spektrum (L) liegt zwischen 0,4 µm (blaues Licht) und 0,8 µm (rotes Licht). (Quelle: Malberg 2007, S. 38)

An dieser Stelle kann die Bilanzgleichung aufgestellt werden. Auf der einen Seite steht die

Menge der eingehenden Strahlungsenergie pro Zeit auf eine Kreisfläche an der Erdoberfläche,

also

(6) π ∙ R2 ∙ S0 ,

wobei R der Radius der Erde ist.

Ein Teil wird aber an der Erdoberfläche reflektiert und steht somit nicht zur Verfügung. Die

Reflexion fällt unter den oben definierten Begriff der Albedo α. Im Mittel gilt α = 0,3. Somit kann

die auf der Erde einfallende Strahlungsenergie pro Zeiteinheit (Qin) zusammengefasst werden

zu:

(7) Qin = π ∙ R2 ∙ S0 ∙ (1 − α).

Da aber auch Energie von der Erdoberfläche abgestrahlt wird, ergibt sich für die Rückstrahlung

(Qout)

(8) Qout = 4 ∙ π ∙ R2 ∙ σ ∙ T4.

Jetzt wird, wie am Anfang schon besprochen, die Bilanzgleichung aufgestellt, in dem Ein-

strahlung und Rückstrahlung gleichsetzt werden. Somit ergibt sich

20

(9) S0 ∙(1 − α)

4= σ ∙ T4.

Daraus folgt für die Temperatur:

(10) T = √(1−α)∙S0

4σ

4 ~ 255 K ~ − 18° C.

Dieser Wert ist aber um 32° C niedriger als die auf der Erde gemessene mittlere

Jahrestemperatur, die bei ungefähr 287 K ~ 14° C liegt.

Das zeigt schon die erste Schwäche dieses sehr einfachen Klimamodells auf. Es wurde davon

ausgegangen, dass die Erde sich wie ein schwarzer Strahler verhält, was aber so nicht der Fall

ist. Ein Teil der von der Erdoberfläche abgestrahlten Energie wird durch den sogenannten

Treibhauseffekt in der Atmosphäre gehalten.. Um das Modell zu "retten" muss ein

Korrekturfaktor eingefügt werden, die sogenannte Emissivität ε, die auf der

Rückstrahlungsseite der Bilanzgleichung hinzugeführt wird. Somit ergibt sich

(11) (1 − α)S0

4= ε σ T4.

Daraus folgt für T = 287 K eine Emissivität von etwa ε ~ 0.62 (vgl. Slawig 2015, S. 17–19).

Bei ε = 1 könnte von einem perfekten schwarzen Körper die Rede sein, die Erde könnte somit

als „grauer Strahler“ bezeichnet werden.

21

Abbildung 6: Das Spektrum der Sonne im Vergleich zu einer Schwarzkörperstrahlung bei 5770 K. (Quelle: Lean 1991, S. 506)

Abbildung 7: Abschätzung der jährlich und global gemittelten Energiebilanz der Erde4. (Quelle: IPCC 2007, S. 4)

4 Die hier dargestellten Werte beziehen sich auf ältere Messungen der Solarkonstanten mit einem mittleren Wert von 1368 Wm-2.

22

2.1.6. Treibhauseffekt

Wie bei der Zusammensetzung der Atmosphäre bereits gesehen (siehe Kapitel 2.1.2.1),

beinhaltet diese auch eine Reihe von Treibhaus- oder Spurengase. Diese Gase absorbieren die

von der Erde, der Atmosphäre selbst und den Wolken abgestrahlte Infrarotstrahlung. So

absorbiert Wasserdampf, als häufigstes Treibhausgas, die Strahlungsbereiche um 6,3 µm und

oberhalb von 18 µm. Kohlendioxid absorbiert bei 4,3 µm und um 15 µm.

Die Gase wiederum strahlen Infrarotstrahlung in alle Richtungen ab, also auch auf die

Erdoberfläche zurück.

Die Atmosphäre wirkt folglich wie ein Glashaus, womit auch die Namensgebung geklärt wäre.

Es wird die von der Sonne kommende Strahlung in weiten Teilen durchgelassen. Auf der

anderen Seite wird die von der Erdoberfläche abgestrahlte langwellige Strahlung von den

Treibhausgasen absorbiert und hindert somit einen Teil der Strahlung daran, verloren zu

gehen, was zu einer effektiven Erwärmung führt.

Es gibt nur 3 Strahlungsbereiche, in denen die langwellige Strahlung ungehindert durch die

Atmosphäre gelangen kann, ohne absorbiert zu werden. Ein sogenanntes kleines

atmosphärisches Fenster liegt zwischen 3,4 µm und 4,1 µm und zwischen 8 µm und 12 µm das

große atmosphärische Fenster. Es gibt noch ein weiteres, allerdings sehr schwach

ausgeprägtes, bei 18 µm (vgl. Baede et al. 2001, S. 89–90; Malberg 2007, S. 49–50).

Abbildung 8: Idealisiertes Bild des natürlichen Treibhauseffektes (IPCC 2007, S. 8)

23

Abbildung 9: Spektrale Verteilung der Intensität I in Abhängigkeit von Wellenlänge (a) und Frequenz(b). In Rot: Theoretische Planck-Kurve eines schwarzen Körpers für T=5780K . In Schwarz: Strahlung außerhalb der Atmosphäre. In Blau: Strahlung am Erdboden. Ozon absorbiert besonders viel im UV- Bereich, Wasserdampf und CO2 im infraroten. (Quelle: Meschede & Vogel 2010, S. 613)

24

2.1.7. Natürlicher- vs. anthropogener Einfluss auf das Klima

Das IPCC schreibt in seiner Zusammenfassung für Entscheidungsträger (2013):

“Human influence on the climate system is clear. This is evident from the increasing greenhouse gas concentrations in the atmosphere, positive radiative forcing, observed warming, and understanding of the climate system.“ (IPCC 2013c, S. 15)

Der Mensch hat, wie alle anderen Lebewesen als Teil der Biosphäre immer schon einen

gewissen Einfluss auf seine Umwelt gehabt. Aber erst seit der industriellen Revolution, Mitte

des 18. Jahrhunderts, hat sich der Eingriff des Menschen in das Klimasystem sehr viel schneller

entwickelt. Speziell nach dem Zweiten Weltkrieg ist die Veränderung des Kohlenstoffzyklus

durch den Menschen stark angestiegen. Diese Beeinflussung des Klimas beinhaltet unter

anderem das Verbrennen von fossilen Energieträgern, wie zum Beispiel Kohle oder Erdöl, aber

auch die Produktion von Zement und Biomasse, die Produktion von Treibhausgasen wie CO2

oder chlorierte Kohlenwasserstoffe und Aerosole, die die Zusammensetzung der Atmosphäre

verändern.

Auch nennenswert ist der Effekt, der durch Landnutzung, zum einem durch die Urbanisierung

zum anderen durch land- und forstwirtschaftliche Nutzung, entsteht. All diese Eingriffe ändern

die Strahlungsbilanz und haben Auswirkungen auf das regionale und globale Klima (vgl. Baede

et al. 2001, S. 92; Haimberger et al. 2014, S. 143).

2.1.7.1. Veränderungen in der Atmosphäre

Wie sehen aber die anthropogenen Einflüsse im Vergleich zu natürlichen aus? Als erstes soll

auf die Treibhausgase eingegangen werden.

Die tausende Jahre vor der industriellen Revolution blieb die Menge der Treibhausgase in der

Atmosphäre konstant. Seitdem steigt die Konzentration der Treibhausgase enorm an, für CO2

kann ein Zuwachs von ca. 30 %, mit einem derzeitigen jährlichen Zuwachs von etwa 0,4 % seit

der vorindustriellen Zeit nachgewiesen werden.

Dieser Anstieg kann auf menschliche Eingriffe zurückgeführt werden. Dazu kann die

Zusammensetzung der Kohlenstoffisotope im atmosphärischen CO2 angeschaut werden. Es

zeigt sich, dass sich diese eindeutig auf fossilen Ursprung zurückführen lassen. Kohlendioxid

entsteht durch den Verkehr, das Heizen und Kühlen von Gebäuden sowie bei der Produktion

von industriellen Gütern, wie zum Beispiel bei der Herstellung von Zement. Auch bei der

Rodung von Wäldern wird CO2 freigesetzt. Durch die Kultivierung von forstwirtschaftlichen

Flächen wird die Aufnahme von CO2 beeinflusst.

Auch bei natürlichen Vorgängen wird CO2 produziert, so zum Beispiel beim Abbau von

Pflanzenmaterial (vgl. Baede et al. 2001, S. 92; IPCC 2007, S. 10).

25

In den letzten 50 Jahren hat sich die Verbrennung von fossilen Brennstoffen, global gesehen,

mehr als verdreifacht. Es muss allerdings auch beachtet werden, dass sich mit der veränderten

CO2-Konzentration in der Atmosphäre und dem fortschreitenden Klimawandel auch andere

Flüsse im Klimasystem ändern. Neben dem Anstieg der Quellen in der Atmosphäre sind auch

gleichzeitig die natürlichen CO2-Senken stärker geworden. Allerdings können diese den

menschlichen Einfluss nicht ausgleichen. Solche Senken sind zum Beispiel die Ozeane oder die

Landbiomasse (vgl. Haimberger et al. 2014, S. 151).

Abbildung 10: (a) Global gemittelte CO2-Konzentration in trockener Luft aus Messungen von Mauna Loa, Hawaii und Südpol (rot) und eine quasi- wöchentliche zeitliche Auflösung in blau. (b) Momentane Zuwachsraten des global gemittelten atmosphärischen CO2 (Farben wie in (a)) (Quelle: IPCC 2013b, S. 167).

Was an der Anreicherung für CO2 zu beobachten ist, lässt sich auch an anderen Treibhausgasen,

wie etwa Methan (CH4) oder Lachgas (N2O), beobachten. Beide werden durch

landwirtschaftliche oder industrielle Vorgänge in der Atmosphäre angereichert.

Aber nicht nur die Konzentration von Treibhausgasen steigt an, auch Gase wie Stickoxide (NO,

NO2) oder Kohlenmonoxid (CO) sind vermehrt zu finden. Obwohl diese Gase keine

Treibhausgase sind, haben sie dennoch einen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung

der Atmosphäre. Dies lässt sich zum Beispiel an der Abnahme des troposphärischen Ozons um

40 % seit der vorindustriellen Zeit beobachten.

NO2 ist ein wichtiger Absorber der sichtbaren Sonnenstrahlung. Fluorchlorkohlenwasserstoffe

(FCKW) und einige andere Halogenverbindungen kommen nicht natürlich in der Atmosphäre

vor, wurden aber durch den Menschen dort eingebracht. Diese Gase sind auch zu den

Treibhausgasen zu zählen, wobei ihr Effekt teilweise kompensiert wird durch den Abbau des

26

stratosphärischen Ozons, was einen negativen Antrieb in der Oberfläche des troposphärischen

Systems nach sich zieht.

Die meisten dieser Gase haben eine lange bis sehr lange Lebensdauer und sind deswegen gut

durchmischt in der gesamten Atmosphäre anzufinden (vgl. Baede et al. 2001, S. 92–93).

Abbildung 11: (a) Global gemittelte N2O-Konzentration in trockener Luft (rot) und in einer monatlichen Auflösung (blau). (b) Momentane Zuwachsrate des global gemittelten N2O (Quelle: IPCC 2013b, S. 168).

Ein weiteres Treibhausgas, das bei der Aufzählung nicht vergessen werden darf, ist der

Wasserdampf H2O. Wasserdampf ist das häufigste und wichtigste Treibhausgas in der

Atmosphäre. Es ist allerdings so, dass der Mensch nur indirekten Einfluss auf die Menge an

Wasserdampf in der Atmosphäre hat. So kann zum Beispiel mehr Wasserdampf aufgenommen

werden, wenn die Luft eine höhere Temperatur hat (Clausius-Clapeyron-Beziehung). Eine auf

den Menschen zurückführbare Temperaturerhöhung der Atmosphäre hat somit einen

positiven Einfluss auf die Aufnahmefähigkeit an Wasserdampf in der Atmosphäre (vgl. IPCC

2007, S. 11).

2.1.7.2. Aerosole

Neben dem Anstieg an Gasen werden auch Aerosole durch Industrie und Landnutzung

vermehrt ausgestoßen. Diese Aerosole können aus mineralischem Staub, Sulfaten und Nitraten

oder Ruß bestehen. Die Lebensdauer dieser Partikel ist sehr kurz, da sie, wie oben schon

geschildert, durch Regen wieder aus der Atmosphäre ausgewaschen werden.

Die Effekte, die Aerosole auf die Strahlungsbilanz haben, sind komplex und noch nicht zur

Gänze bekannt. Aufgrund der Streuung der einfallenden Strahlung haben Aerosole einen

direkten Einfluss auf die Bilanz, was einen negativen Strahlungsantrieb nach sich zieht. Das

27

kann ein teilweises und lokal sogar vollständiges Aufheben des durch den Menschen

verstärkten Treibhauseffektes bedeuten. Durch ihre kurze Verweildauer in der Atmosphäre ist

der (negative) Strahlungsantrieb, der auf Aerosole zurückzuführen ist, zeitlich und räumlich

sehr ungleichmäßig verteilt, was ein Verständnis über ihren Einfluss auf das Klimasystem

erschwert.

Neben dem eben beschriebenen können Aerosole auch als Kondensationskeime bei der

Entstehung von Wolken dienen. Somit haben sie Einfluss auf Anzahl, Verteilung und Größe von

Wolken. Das hat wiederum Auswirkungen auf die Reflexion und Absorption von Strahlung.

Damit einhergehend haben Aerosole auch eine Auswirkung auf die Verteilung von

Niederschlägen.

Zusammenfassend kann man sagen, dass Aerosole einen (leicht) negativen Strahlungsantrieb

bewirken (vgl. Baede et al. 2001, S. 93).

2.1.7.3. Landnutzung

Der Mensch hat seit dem Industriezeitalter auch großen Einfluss auf die Art der

Bodenbedeckung. Vor allem durch Veränderung von Acker- und Weideflächen sowie Wälder,

auf Schnee- und Eisflächen, was sich durch eine Veränderung der Albedo widerspiegelt und

somit Einfluss auf die Strahlungsbilanz hat, kommt eine Beeinflussung zustande. Es ist

wahrscheinlich, dass menschliche Einflüsse die Oberfläche des Bodens so verändert haben,

dass mehr Strahlung reflektiert wird, was wiederum einen negativen Strahlungsantrieb

bedeutet (vgl. IPCC 2007, S. 12).

Neben den direkten Einwirkungen hat Landnutzung auch einen Einfluss auf biologische

Prozesse, was wiederum Auswirkungen auf die vorherrschenden Quellen und Senken von

Kohlenstoff in verschiedensten Formen hat.

Urbanisierung, die auch zur veränderten Landnutzung gezählt werden muss, hat

Auswirkungen auf lokale Windsysteme und somit auch auf die Bodenbeschaffenheit.

Zusätzlich entstehen in Städten auch sogenannte Wärmeinseln, da das Klima in Städten

signifikant wärmer ist als in der direkten Umgebung. Diese Veränderung entsteht zum einem

durch den Wärmeausstoß, der aus der dichten Verbauung resultiert, aber auch durch eine

veränderte Verdunstungscharakteristik. Was nicht vergessen werden darf, ist, dass durch die

Reflexion an Hauswänden eine höhere Temperatur in der Stadt vorherrscht. Diese Effekte sind

zwar für sich genommen relativ klein, haben aber in Summe einen signifikanten Einfluss auf

Langzeit-Temperaturmessreihen, die durch den Wärmeinseleffekt neu interpretiert werden

müssen (vgl. Baede et al. 2001, S. 93–94).

Des Weiteren müssen auch der verstärkte Düngereinsatz und die CH4–freisetzenden Boden-

nutzungsformen, wie zum Beispiel Reisanbau, Großviehhaltung (vor allem Rinder), aber auch

28

die Verbrennung von Biomasse oder großflächige Waldrodungen genannt werden (vgl.

Jacobeit 2007, S. 11).

2.1.7.4. Natürliche Antriebe

An dieser Stelle sollen die natürlichen Einflüsse den anthropogenen gegenübergestellt werden.

Änderungen der Sonne (Milankovitch oder Sonnenflecken) oder explosive Vulkanausbrüche

können als natürliche Antriebe bezeichnet werden. Zurzeit ist die Atmosphäre frei von

vulkanischen Aerosolen, die letzte große Eruption hat 1991 am Mount Pinatubo stattgefunden

(vgl. IPCC 2007, S. 12).

Die sogenannte Solarkonstante ist alles andere als konstant, da nicht immer die gleiche Menge

an Energie von der Sonne an der Erdoberfläche ankommt. Ein Blick in die Klimageschichte

zeigt, dass diese geprägt war von immer wiederkehrenden Kaltzeiten. Die Ursache der

Eiszeitzyklen in den letzten ein bis zwei Millionen Jahren ist sehr gut bekannt und lässt sich

durch die so genannten Milankovitchzyklen vollständig erklären. Die Theorie wurde Anfang

des 20. Jahrhunderts von dem serbischen Astronomen Milutin Milankovitch ausgearbeitet.

Diese Zyklen beschreiben das Verhalten der Erdbahn um die Sonne und die damit

zusammenhängende Änderung der Sonneneinstrahlung auf die Erde.

Genauer gesagt handelt es sich um die folgenden astronomischen Parameter:

Exzentrizität der Erdumlaufbahn

die Neigung der Ekliptik

Präzession der Rotationsachse der Erde.

Die Änderungen dieser Parameter sind auf gravitative Einflüsse der Sonne, des Mondes und

der Planeten zurückzuführen. Es bilden sich dabei typische Variationszyklen aus.

So ist der Zyklus der Exzentrizität mit einer Zeit von knapp 100.000 Jahren bemessen, der der

Ekliptikneigung mit ungefähr 41.000 Jahren und ca. 22.000 Jahren dauert die Wanderung von

Aphel und Perihel als Kombination der beiden anderen Präzessionsbewegungen.

Die Exzentrizität schwankt zwischen 0, was einer Kreisbahn gleich kommt, und 0,07.

Die Neigung der Rotationsachse der Erde schwankt zwischen 22° und 24,5° und nimmt im

Moment einen Wert von etwa 23,5° an (vgl. Rahmstorf & Schellnhuber 2012, S. 20–21;

Haimberger et al. 2014, S. 148; Hupfer et al. 2005, S. 242–243; Jacobeit 2007, S. 3).

29

Abbildung 12: Milankovitchzyklen und ihre Periodizität (Quelle: Bubenzer & Radtke 2007, S. 19)

Neben den schon angesprochen Veränderungen in der Erdbahn kann auch die

Strahlungsaktivität der Sonne Auswirkungen auf das Klima haben. Als Beispiel wäre hier der

elfjährige Sonnenfleckenzyklus zu nennen. Hier kommt es zu einer Änderung des

Strahlungsspektrums. So nimmt etwa die UV-Strahlung während eines Zyklus einen

30

maximalen Wert an. Bei so einem Maximum erscheinen die Flecken im sichtbaren Bereich des

Spektrums dunkel.

Es kann allerdings davon ausgegangen werden, dass Schwankungen in der Sonnenstrahlung-

sintensität in den letzten 150 Jahren keine beobachtbare Erwärmung verursacht haben (vgl.

Haimberger et al. 2014, S. 148–149).

2.1.7.5. Vergleich von natürlichen und anthropogenen Einflüssen auf

das Klima

Unterschiede im Strahlungsantrieb durch natürliche Einflüsse zwischen heute und dem Beginn

des Industriezeitalters, die durch Klimamodelle geschätzt wurden, sind sehr gering, vor allem

im Vergleich zu einem geschätzten anthropogenen Eingriff in die Strahlungsbilanz. Deshalb ist

der anthropogene Strahlungsantrieb viel bedeutender für den Klimawandel als natürliche

Strahlungsantriebe (vgl. IPCC 2007, S. 12).

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Mehrheit der Strahlungsantriebe positiv ist

und sie somit eine Erwärmung der Atmosphäre nach sich ziehen. Das IPCC schreibt:

“Total radiative forcing is positive, and has led to an uptake of energy by the climate system. The largest contribution to total radiative forcing is caused by the increase in the atmospheric concentration of CO2 since 1750.” (IPCC 2013c, S. 13)

Abbildung 13: Zusammenfassung der wichtigsten Komponenten des Strahlungsantriebs des Klimawandels. Die Werte geben den Antrieb im Jahr 2005 relativ zum Beginn des Industriezeitalters (ca. 1750) wieder. Unten werden die Strahlungsantriebe von Sonne und Menschen einander gegenübergestellt. (Quelle: IPCC 2007, S. 11).

31

2.1.8. Woher wissen wir, dass sich die Erde erwärmt?

Dieses Kapitel soll näher auf die Messmethoden eingehen um zu verstehen wie folgende

Aussage begründet werden kann.

„Warming of the climate system is unequivocal, and since the 1950s, many of the observed changes are unprecedented over decades to millennia. The atmosphere and ocean have warmed, the amounts of snow and ice have diminished, sea level has risen, and the concentrations of greenhouse gases have increased.” (IPCC 2013c, S. 4)

Das IPCC (2007) fasst die Antwort auf die Frage folgendermaßen zusammen: Instrumentelle

Beobachtungen der letzten 150 Jahre haben gezeigt, dass die Oberflächentemperatur global

angestiegen ist. Die Erwärmung im letzten Jahrhundert lässt sich in zwei Phasen einteilen.

Zwischen 1910 und 1940 wurde eine Erwärmung von 0,35° C und im Zeitraum von 1970 bis

heute lässt sich ein Plus von 0,55° C messen. Dabei muss festgehalten werden, dass die

Erwärmung in den letzten Jahren immer mehr zunahm. Dies lässt sich, neben den Messungen,

auch daran beobachten, dass die Temperatur des Ozeanwassers und der Meeresspiegel

angestiegen sind. Des Weiteren kann ein Schmelzen von Gletschern und ein Rückgang an

Meereis in der Antarktis und allgemein eine abnehmende Schneebedeckung auf der

Nordhalbkugel beobachtet werden.

Um die globale Oberflächentemperatur zu messen, werden monatliche Durchschnitts-

temperaturen errechnet. Dazu wird aus täglichen Temperaturmessungen, die von einem Netz

von Messstationen an Land herangezogen werden, der Durchschnitt bestimmt. Zusätzlich wird

die Meeresoberflächentemperatur, gemessen von Schiffen, mit eingerechnet.

Um Veränderungen leichter aus diesen Datensätzen ablesen zu können, werden Anomalien

verwendet, also Abweichungen von einem definierten klimatologischen Mittel an einem

Standort.

Heute ist es möglich auf Messreihen einzelner Regionen bis ins Jahr 1850 zurückzugreifen.

Neben den klassischen Messstationen wurden ab den 1950er Jahren auch Wetterballone zur

Datenerhebung verwendet. Ab dem Jahr 1957 wurden Messungen in der Antarktis begonnen

und seit ca. 1980 sind Satelliten zur Messung herangezogen worden (vgl. IPCC 2007, S. 13–15).

Ein Blick auf die globale durchschnittliche Oberflächentemperatur zeigt, dass diese in den

letzten 100 Jahren (1906 bis 2005) um ca. 0,74° C gestiegen ist. Diese Erwärmung ging

allerdings nicht kontinuierlich von statten. So können für den Zeitraum zwischen 1850 und

1915 keine nennenswerte Änderungen festgestellt werden, abgesehen von natürlichen

Schwankungen, die möglicherweise auch zum Teil auf die geringe Beobachtungsdichte

zurückzuführen ist. Zwischen 1910 und 1940 konnte ein Anstieg von 0,35° C gemessen

32

werden. Darauf folgte eine Phase der Abkühlung, um 0,1° C, die dann in eine Erwärmung von

ca. 0,55° C überging.

Für das Jahr 2015 gilt, dass es dem bis dahin wärmsten Jahr 2014 folgt und dieses um mehr als

0,1° C übertroffen hat. Dazu kam, dass die hohen Temperaturen durch ein sehr starkes El Niño-

Ereignis (das stärkste seit 1997/98) lange anhielten. Ebenso wurde ein neuer Rekordlevel an

Treibhausgasen erreicht. Der jährliche Durchschnittswert für die CO2-Konzentration,

gemessen auf den Mauna Loa in Hawaii, hat die Grenze von 400 ppm überschritten. Diese

Grenze wurde zum ersten Mal seit über 800 000 Jahren überschritten.

Die Konzentration hat um 3,1 ppm (0,76 %) zugenommen im Vergleich zum Vorjahr, gemessen

am Mauna Loa in Hawaii. Das entspricht der größten Zunahme seit 56 Jahren (vgl. IPCC 2007,

S. 13–15; Willett et al. 2016, S. 7).

Tabelle 3: Die globale Konzentration von CO2 und CH4 im Jahr 2015 (vgl. Willett et al. 2016, S. 7)

Treibhausgas Konzentration Zunahme von 2014 bis 2015

CO2 399,4 ± 0,1 ppm 3,1 ppm (0,76 %)

CH4 11,5 ± 0,9 ppm 0,6 %

Die Bodenfeuchtigkeit lag im Jahr 2015 unter dem langjährigen Mittel, ebenso war der

Grundwasserspeicher so gering wie noch nie seit 2002. Trockene Gebiete sind von 8 % Ende

2014 auf 14 % Ende 2015 angestiegen. Obwohl auf der Erdoberfläche die Trockenheit

zugenommen hat, ist der Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre angestiegen.

Des Weiteren lassen sich auch regionale Unterschiede beobachten. So gibt es Regionen, die sich

abgekühlt haben, obwohl die globale Temperatur zugenommen hat. Hier wäre der

Nordatlantik bei Südgrönland zu nennen. Die Erwärmung war in den mittleren und niederen

Breiten am stärksten ausgeprägt, zum Beispiel in den tropischen Ozeanen.

Da das Netz aus Beobachtungsstationen immer feinmaschiger geworden ist, konnten auch

feinere Aussagen getroffen werden. So zeigt sich zum Beispiel, dass die Anzahl der extrem

heißen Tage und warmen Nächte, das „sind diejenigen, die das 90. Perzentil der Temperatur

überschreiten“ (IPCC 2007, S. 19), gestiegen ist.

Die Anzahl der kalten Tage und Nächte, die „unter die 10. Perzentil-Marke fallen“ (IPCC 2007, S.

19) haben abgenommen. Ebenso hat sich die Dauer der frostfreien Jahreszeit deutlich

verlängert (vgl. IPCC 2007, S. 13–15; Willett et al. 2016, S. 7).

Auf Grundlage von Satellitenmessungen konnte beobachtet werden, dass sich die Troposphäre

schneller erwärmt und die darüber liegende Stratosphäre abkühlt, wie es in den vorhandenen

Klimamodellen auch vorhergesagt wurde. Hierfür ist der Abbau des Ozons mit verantwortlich.

33

In direktem Zusammenhang mit der beobachteten Erwärmung, steht auch ein Rückgang der

Dauer der Vereisung von Oberflächengewässer, damit verbunden ist auch die Schnee-

bedeckung auf der Nordhalbkugel. Ebenso lässt sich ein Abnehmen der Gletscherflächen fast

überall beobachten. Der Eisschild, der über Grönland liegt, hat an Masse verloren. Genauso

lässt sich eine Abnahme an Dicke und Ausdehnung des arktischen Meereises, sowohl im

Sommer als auch im Winter, beobachten. Das Ozeanwasser erwärmt sich, was einen Anstieg

des Meeresspiegels aufgrund der thermischen Ausdehnung, nach sich zieht. Zusätzlich trägt

der Eintrag an Wasser, das durch das Abschmelzen von Landeis entsteht, zum Anstieg bei (vgl.

IPCC 2007, S. 13–15).

34

Abbildung 14: (a) Die beobachtete globale Mitteltemperaturanomalie von 1850 bis 2012 (kombiniert aus Land- und Ozean-Oberflächentemperatur). Oben sind jährliche Mittel abgebildet, unten die über 10 Jahre gemittelten Temperaturen. Beide Anomalien sind Abweichungen vom Zeitraum 1961-1990. (b) In der Karte werden die beobachteten Änderungen der Oberflächentemperaturen von 1901-2012 gezeigt. (Quelle: IPCC 2013c, S. 6)

Um die Ursachen für die derzeitige Klimasituation finden zu können, wurden zahlreiche

Experimente mit Klimamodellen durchgeführt. Dabei wurden natürliche und anthropogene

Einflüsse auf das Klima getrennt und damit eine Simulation durchgeführt, um die derzeitige

Klimasituation zu rekonstruieren.

35

Simulationen mit rein natürlichen Antrieben, also Schwankungen in der Sonnenaktivität und

der Vulkanaktivitäten, konnten eine Situation, wie sie derzeit zu beobachten ist, nicht

reproduzieren. Es hat sich gezeigt, dass sich die beobachtbare rasche Erwärmung in den

Berechnungen nur zeigte, wenn natürliche und menschliche Einflüsse kombiniert wurden.

Diese Simulationen wurden sowohl global als auch für jeden Kontinent (außer der Antarktis,

wegen Mangel an Datensätzen) durchgeführt und lieferten immer das gleiche Ergebnis (vgl.

IPCC 2007, S. 36).

„Der menschliche Einfluss auf das Klima übertrifft sehr wahrscheinlich alle anderen Ursachen für Änderungen der durchschnittlichen globalen Oberflächentemperatur während der letzten 50 Jahre.“ (IPCC 2007, S. 36)

Abbildung 15: Temperaturanomalien in °C, bezogen auf den Zeitraum 1901-1950, jahrzehnteweise berechnet, sowohl für mehrere Regionen als auch global. Ebenso werden die Meereisausdehnung (in 106 km2) und die Entwicklung des Wärmeinhaltes der Ozeane (OHC) dargestellt. In Schwarz sind die Beobachtungen dargestellt, mit den farbigen Bändern sind die jeweiligen Unsicherheiten der Klimamodelle eingezeichnet. In Rot sind die Simulationen, die natürlichen und anthropogenen Faktoren berücksichtigen und in Blau diejenigen mit rein natürlichen Einflüssen. Mit den gestrichelten Linien werden auf Jahrzehnte mit wesentlich geringeren Beobachtungen hingewiesen.(Stocker et al. 2013, S. 74)

36

2.1.9. Klimavergangenheit

Um die Tragweite der oben beschriebenen Veränderungen, die derzeit stattfinden, besser

verstehen zu können, hilft es, einen Blick auf die Vergangenheit des Klimasystems zu werfen.

Am Ende dieses Kapitels soll die derzeitige Veränderung unseres Klimas mit jener in der

Vergangenheit verglichen werden.

2.1.9.1. Klimadaten aus der Klimavergangenheit

Die Klimavergangenheit lässt sich aus verschiedenen Datensätzen aus früheren

erdgeschichtlichen Perioden, mit einer räumlich und zeitlich sehr groben Auflösung,

rekonstruieren. Diese Datensätze werden auch Proxydaten genannt. Um zu solchen Daten zu

gelangen, werden zum Beispiel Fossilien und Sedimentablagerungen verwendet. Ebenso

werden Isotopenverhältnisse in Tiefseeablagerungen und Eisbohrkernen betrachtet, um auf

die zur Zeit der Ablagerung vorherrschenden Temperaturen oder CO2-Konzentrationen zu

schließen.

Je näher man der Gegenwart kommt, desto mehr Proxydaten stehen zur Verfügung. So können

zum Beispiel für das Holozän, der Zeitraum nach der letzten Eiszeit, Jahresringe von Bäumen,

Pollen oder Korallen und andere zur Rekonstruktion von Klimadaten herangezogen werden.

Aber all diese Daten haben gemeinsam, dass sie mit einer gewissen Unsicherheit behaftet sind.

So können etwa Änderungen im Abstand von Jahresringen in Bäumen zusätzlich zu

Temperaturschwankungen auch von Parametern wie Niederschlag oder Schädlingsbefall

abhängen (vgl. Haimberger et al. 2014, S. 152).

Die oben schon angesprochene Isotopenmethode, die vom amerikanischen Nobelpreisträger

Harold Urey stammt, kann als geologisches Thermometer angesehen werden. Urey hat

herausgefunden, dass das Verhältnis der beiden Sauerstoffisotope 16O und 18O in

Kalziumkarbonat von der Temperatur abhängt, bei der die Kalziumkarbonate gebildet wurden.

Mit Hilfe eines Massenspektrometers kann das Isotopenverhältnis bestimmt werden und

daraus kann auf die zurzeit der Bildung vorherrschenden Temperaturen zurückgeschlossen

werden.

Ein Vorteil dieser Methode ist, dass Kalkverbindungen sehr weit verbreitet sind. Das heißt,

sowohl fossile Pflanzen als auch fossile Tiere können zur paläontologischen Temperatur-

bestimmung herangezogen werden.

Es hat sich gezeigt, dass diese Methode auch bei Eisbohrkernen aus Grönland oder der

Antarktis verwendet werden kann, um auf die Temperatur zur Zeit der Eisbildung zu schließen

(vgl. Malberg 2007, S. 307–308).

37

Aus Eisbohrkernen kann aber noch viel mehr abgelesen werden. Je tiefer das Eis angebohrt

wird, desto älter wird es. In Grönland reicht das Eis ca. 120 000 Jahre in die Vergangenheit

zurück. Im Antarktischen Eisschild ist beispielsweise im Jahr 2003 ein Eisbohrkern mit

800 000 Jahre altem Eis geborgen worden.

Die Altersbestimmung geschieht unter anderem auch durch ein Abzählen von Schichten im Eis.

In Jahren mit geringem Niederschlag lagert sich Staub auf dem Eisschild ab, wo dieser durch

den geringen Niederschlag kompakt liegen bleibt. Infolgedessen wird dieser von neuem Schnee

und Eis eingeschlossen und bildet eine dunkle Schicht im Eisbohrkern. Auf der anderen Seite

bilden Jahre mit besonders hohen Niederschlagsmengen helle Schichten im Eis. So ist es

möglich, einzelne Jahre zu unterscheiden, was zur Datierung herangezogen werden kann.

Eine weitere wichtige Größe, die aus dem Eis abgelesen werden kann, ist der Staubgehalt und

die Zusammensetzung der in kleinen Bläschen eingeschlossenen Luft. Anhand dieser Luft lässt

sich die Konzentration von allen wichtigen Treibhausgasen messen und die Zusammensetzung

der Atmosphäre in der Zeit des Einschließens rekonstruieren.

Aus der Vielzahl der Proxydaten, aus diversen Klimaarchiven, die mit verschiedenen Methoden

gewonnen werden, kann das Klima in vergangenen Tagen rekonstruiert werden. Proxy-Daten

haben ihre jeweiligen Stärken und Schwächen, die durch die Kombination von mehreren

unabhängigen Datensätzen und Verfahren geglättet werden.

So haben Tiefseesedimente zum Beispiel eine geringere zeitliche Auflösung als Eisbohrkerne,

dafür reichen die Daten viel weiter zurück (bis zu hunderten Millionen Jahre). Wichtig für den

Umgang mit Proxydaten ist, dass aus einer einzelnen Datenreihe nicht zu weitreichende

Schlüsse gezogen werden, sondern immer mehrere Datensätze herangezogen werden. Erst

wenn die Gesamtheit aller Proxydaten betrachtet werden, erhält man ein sehr genaues Bild der

Vergangenheit des Klimas auf der Erde (vgl. Rahmstorf & Schellnhuber 2012, S. 11–12).

2.1.9.2. Das Klima von der Entstehung der Erde bis zum Quartär

Im Folgenden wird ein kurzer Überblick über die Klimavergangenheit gegeben ohne dabei

allzu weit in die Tiefe zu gehen.

Vor etwa 4,5 Millionen Jahren ist unser Sonnensystem und damit auch die Erde, auf der wir

leben, entstanden.

In den 1950er Jahren wurden Modelle entwickelt, die zeigen, dass die Sonne zu Beginn der

Erdgeschichte um etwa 30 % weniger strahlte und mit der Zeit linear auf den heutigen Wert

zunahm. Wenn der Wert für die Solarkonstante im oben dargestellten Energiebilanzmodell

dementsprechend anpasst wird und die anderen Parameter konstant gehalten werden, kann

eine Differenz von etwa 20° C zum heutigen Wert berechnet werden. Also herrschten

Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Dies hat wiederum Auswirkungen auf den

38

Wasserkreislauf. Die Aufnahme von Wasserdampf in der Atmosphäre nimmt mit sinkender

Temperatur ab. Gleichzeitig steigt die Albedo bei sinkender Temperatur, weil sich dann

Eismassen ausdehnen können. Werden diese beiden Einflüsse im Klimamodell beachtet, zeigt

sich, dass die Erde während der ersten 2 Milliarden Jahre vollständig vereist war.

Auf der anderen Seite gibt es geologische Quellen, die belegen, dass bis vor

3,5 Milliarden Jahren Wasser in flüssiger Form auf der Erde vorhanden war. Dieser

Widerspruch wird oft als "faint young Sun Problem" bezeichnet.

Dieser Widerspruch lässt sich nur auflösen, wenn das Verhalten der Treibhausgase im

Klimamodell angepasst wird. Mögliche Kandidaten sind sowohl CO2 als auch CH4. Beide kamen

vermutlich in früheren Zeit in einer erheblich größeren Konzentration vor als heute. Um so

große Mengen an CO2 in die Atmosphäre zu bringen, könnte eine Folge des Karbonat–Silikat-

Regelkreislaufes sein.

Das bedeutet, dass die Ozeane gefroren waren und somit der Wasserkreislauf fast ganz zum

Erliegen gekommen ist, was einen Rückgang von Erosion in den Gebirgen bedeutet. Deshalb

wurde weniger CO2 aus der Atmosphäre in den Ozeanen gebunden. Auf der anderen Seite blieb

die vulkanische Aktivität erhalten und damit wurde genug CO2 freigesetzt, um das Eis

schlussendlich zu schmelzen. Somit könnte das Klima trotz sinkender Sonnenstrahlung im

lebensfreundlichen Bereich bleiben (vgl. Kasting & Catling 2003, S. 431; Kasting & Catling

2003, S. 441–443).

In den letzten Jahren wurden mehrere Belege dafür gefunden, dass unsere Erde mehrmals

komplett vereist war. Grund dafür könnte eine verstärkte Albedo–Eis-Rückkopplung gewesen

sein. Vor etwa 600 Millionen Jahre fand die letzte Periode einer so genannten "snowball earth"

statt, wo die Kontinente selbst in den Tropen vollständig mit Eis bedeckt waren und die Ozeane

unter einer mehrere hundert Meter dicken Eisschicht lagen. Wieder konnte dieser Zustand

durch den Karbonat–Silikat-Kreislauf geändert werden. So kam die Verwitterung unter dem

Eis zum Erliegen. Das Ausbringen von CO2 durch Vulkanen wurde allerdings nicht gestoppt,

was zu einer langsamen Anreicherung von CO2 in der Atmosphäre führte. Es wird

angenommen, dass die CO2-Konzentration bei bis zu 10 % lag. Dadurch wurde der Treib-

hauseffekt so stark, dass das Eis schmolz. Als das Eis geschmolzen war, ging auch die Albedo

des Planeten enorm zurück, was wiederum eine weitere Erwärmung zur Folge hatte. So stiegen

die Temperaturen bis auf 50° C an.

Für den Zeitraum der letzten 500 Millionen Jahre ist die Position der Kontinente und damit

auch der Ozeane bekannt. Aus Sedimenten lässt sich ein Bild des Klimas zu dieser Zeit ableiten.

Es zeigt sich, dass sich Kaltphasen mit ausgedehnter Eisbedeckung und eisfreie Warmphasen

abwechseln. Das spiegelt sich auch in den Daten zur CO2-Konzentration wieder. Zeiten mit

hoher CO2-Konzentration fallen mit eisfreien Zeiten und Zeiten mit geringem CO2-Gehalt mit

39

Warmphasen zusammen. Es kann davon ausgegangen werden, dass diese Schwankungen von

dem oben schon mehrmals erwähnten Kohlenstoffkreislauf herrühren, denn die Kontinental-

bewegung ist nicht konstant. Beim Aufeinandertreffen von Kontinenten türmen sich Berge auf,

was die Verwitterungsrate begünstigt und mehr CO2 aus der Atmosphäre gebunden wird. So

kommt es zu Schwankungen im Prozess, wie CO2 aus der Atmosphäre entfernt bzw. aus der

Erdkruste an die Atmosphäre freigesetzt wird. Es zeigt sich, dass es zwei Phasen mit besonders

geringer CO2-Konzentration gegeben hat: vor etwa 300 Millionen Jahren und in den ver-

gangenen Millionen Jahren. Sonst lag der CO2-Gehalt der Atmosphäre immer höher; bis über

1000 ppm.

Eine Phase mit hoher CO2-Konzentration, und damit auch mit hoher Temperatur, war die

Kreidezeit (vor 140 bis 65 Millionen Jahren). Seit dieser Zeit ist die Temperatur stetig

gesunken, bis die Erde vor etwa 2 bis 3 Millionen Jahren in ein Eiszeitalter überging. Dieses

Zeitalter dauert bis heute an (vgl. Rahmstorf & Schellnhuber 2012, S. 16–18).

Abbildung 16: Verlauf der CO2-Konzentration und des Klimas in den letzten 600 Millionen Jahren. Die schwarze Kurve zeigt eine Rekonstruktion von verschiedenen Proxy-Daten, die rote Kurve stellt eine Kombination von Modellen des Kohlenstoffkreislaufes mit Unsicherheitsbereich dar. Unten ist zu sehen, bis zu welchem Breitengrad die Erde mit Eis bedeckt war. Der Zusammenhang zwischen niedriger CO2-Konzentration und weitreichender Eisbedeckung ist ersichtlich. (Quelle: Royer et al. 2004, S. 6).

Die Abkühlung in den letzten 100 Millionen Jahren wurde allerdings vor etwa

55 Millionen Jahren unterbrochen. Dieses Ereignis wird als Temperaturmaximum an der

40

Grenze vom Paläozän zum Eozän bezeichnet. Durch fossile Kalkschalen konnte heraus-

gefunden werden, dass in kurzer Zeit, das heißt innerhalb von tausend Jahren oder weniger,

sehr viel Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangte. Ebenso hatte es einen Temperaturanstieg

von 5 bis 6° C gegeben. Als Ursache für einen so plötzlichen Anstieg der CO2-Konzentration

könnte Methaneis, eine Verbindung von Eis und Gas, auf den Meeresböden sein. Dieses ist nur

unter hohem Druck und niedrigen Temperaturen stabil. Wenn ein solches sogenanntes Hydrat

instabil geworden ist, könnte dieses eine Kettenreaktion ausgelöst haben, indem die dadurch

entstanden Erwärmung weitere Methaneisvorkommen instabil werden ließ.

Das ist allerdings nur eine mögliche Erklärung des Ereignisses. Eine weitere könnte sein, dass

ein massiver Meteorit auf der Erde einschlug, oder starke Vulkanaktivität vermehrt Kohlen-

stoff aus der Erdkruste freigesetzt hat (vgl. Rahmstorf & Schellnhuber 2012, S. 18–19).

Abbildung 17: Die abrupte Klimaveränderung zeigt sich in der Kohlenstoffzusammensetzung in mehreren Sedimentbohrkernen. Oben: Vor etwa 55 Millionen Jahren gab es eine plötzliche Abnahme des 13C-Isotops. Dies kann nur erklärt werden, wenn viel Kohlenstoff mit einem niedrigen Anteil an 13C in die Atmosphäre gelangte. Unten wird der Verlauf der Temperatur dargestellt (vgl. Rahmstorf & Schellnhuber 2012, S. 20). (Quelle: Zachos et al. 2001, S. 690)

2.1.9.3. Das Klima im Quartär

Die erdgeschichtliche Periode in der wir jetzt leben, das Quartär, kann in zwei Teile geteilt

werden. Das Pleistozän und das Holozän. Das Pleistozän begann vor 2,6 Millionen Jahren und

endete vor 11 700 Jahren. In Anschluss begann das Holozän.

41

Das Pleistozän war geprägt von einem Wechsel von langjährigen Kaltzeiten, den sogenannten

Glazialzeiten, und relativ kurzen Warmzeiten, oder auch Interglazialzeiten. Gesteuert wurde

dieses Wechselspiel durch die orbitalen Schwankungen der Erde (Milankovitchzyklus), die

bereits angesprochen wurden.

In den Glazialzeiten herrschte eine enorme Variabilität des Klimas. So fallen etwa die

Dansgaard–Oeschger Ereignisse in diese Periode. Bei diesen Ereignissen handelt es sich um

einen raschen Wechsel zwischen sehr kalten Stadialen und vergleichsweise warmen

Interstadialen. Diese Wechsel haben ihren Ursprung in den Instabilitäten der großen

Eisschilde Grönlands bzw. der Arktis und deren Interaktion mit Tiefseeströmungen im

Atlantik. Dies hatte große Auswirkungen für das europäische Klima. So waren in den kältesten

Phasen der Stadialen auch im Alpenvorland arktische Klimabedingungen mit sehr kalten

Wintern vorzufinden. In den Erwärmungsphasen zeigten sich mildere Winter und eine

Abnahme der Saisonalität. Vor etwa 30 000 Jahren, am Ende des letzten Glazials, begann der

letzte eiszeitliche Gletschervorstoß über den Alpenrand hinaus.

Vor 19 000 Jahren gab es einen raschen Zerfall der Gletscher im Alpenvorland und ebenso in

den großen Alpentälern.

Vor etwa 16 500 Jahren herrschten Verhältnisse, die sich mit denen der heutigen kanadischen

Arktis vergleichen lassen. So reduzierte sich der Niederschlag im zentralen Alpenraum auf

etwa die Hälfte des heutigen Wertes und die Sommertemperatur lag um ungefähr 10° C unter

dem heutigen Wert.

Vor 14 700 Jahren wechselte das Klima in eine interstadiale Phase.

Vor 12 900 änderten sich die Verhältnisse wieder, dahingehend, dass die letzte große Kaltzeit

auf der Nordhalbkugel, die so genannte jüngere Dryas, begann. Diese Periode war gekenn-

zeichnet durch bedeutende Gletschervorstöße, eine Absenkung der Waldgrenze und eine

Ausbreitung von Permafrostböden in nicht vergletscherten Gebieten. Die Sommertemperatur

lag etwa 3,5° C unter der Marke in der Mitte des 20. Jahrhunderts und die Jahresmittel-

temperatur war noch stärker abgesenkt. Auch die Niederschlagssummen waren unter den

heutigen Werten.

In Anschluss an das Pleistozän wird das Holozän gereiht, die erdgeschichtliche Periode in der

wir jetzt leben. In den ersten hundert Jahren des Holozäns fällt die so genannte kleine Eiszeit.

Es herrschten Temperaturen, die um etwa 1,5° C bis 2° C tiefer lagen als heute.

Darauf folgte eine Phase der Erwärmung, in der die Temperaturen über dem Mittel des

20. Jahrhunderts lagen, wie sich aus Rekonstruktionen unterschiedlicher Klimaarchive

schließen lässt. Ebenfalls zeigt sich, dass es eine langfristige Temperaturabnahme von etwa

2° C gab, die von vor ca. 7000 Jahren begann und bis zur vorindustriellen Zeit anhielt. Diese

Abkühlung lässt sich auf eine Abnahme der Sonneneinstrahlung, verursacht durch orbitale

42

Variabilität (Milankovitchzyklen), zurückführen. Über die Gletscher im Zeitalter des Holozäns

lässt sich sagen, dass diese im Alpenraum durch lang andauernde Perioden von geringfügigen

Ausdehnungen geprägt waren, vor allem im frühen und mittleren Holozän. In den folgenden

Jahrtausenden gipfelte die Ausdehnungen in der "kleinen Eiszeit" (ca. 1260 bis 1860 n. Chr.)

(vgl. Auer et al. 2014, S. 249–261; Kromp-Kolb et al. 2014, S. 78–79).

Abbildung 18: Klimakurven seit Ende des Tertiärs (vor etwa 4 Millionen Jahren) Oben: Veränderung der globalen Vereisung und Temperatur. Darunter: Tiefsee- Sauerstoff- Isotopenkurve für die letzten 0,5 Millionen Jahre und die alpinen Eiszeiten. Ebenso zu sehen sind kontinuierliche Proxy-Klimadaten aus Ablagerungen österreichischer Höhlen, die den globalen Verlauf widerspiegeln. Unten: Ausschnitt des letzten Glazial- Interglazial- Zyklus, der aus grönländischen Eisbohrkernen gewonnen wurde. In dieser Graphik sind auch noch Isotopenkurven aus ost- und westalpinen Höhlen zu sehen. Des Weiteren wurden große Gletschervorstöße in den Alpen eingezeichnet. Grün sind jene Zeiten markiert in denen große Täler und Becken in den Ostalpen nachweislich eisfrei waren.(Quelle: Auer et al. 2014, S. 250)

43

2.1.9.4. Das Klima der letzten 2000 Jahre

Wenn das Klima der letzten 2000 Jahre gesondert betrachtet wird, können grob vier Perioden

unterscheiden werden, in denen es zu einem Wechsel von Warm- und Kaltphasen kam. Diese

Wechsel können durch eine Variabilität in der Sonnenaktivität erklärt werden.

So zeigt sich, dass im Zeitraum von ca. 250 v. Chr. bis 300 n. Chr. ein relativ stabiles und

warmes Klima herrschte. Diese Periode wird als römische Warmzeit bezeichnet.

Im Anschluss daran konnte eine instabile, von feucht-kalten Sommern geprägte Periode des

frühen Mittelalters beobachtet werden. Diese Periode dauerte bis etwa 840 n. Chr. und wurde

von einer Phase mit wärmerem und stabilerem Klima, der sogenannten mittelalterlichen

Warmzeit (ca. 840 n. Chr. bis 1260 n. Chr.), abgelöst.

Ab dieser Warmphase wurde es bis etwa 1840 n. Chr. deutlich kühler. Dieser Zeitraum wird

auch "kleine Eiszeit" genannt aufgrund der großen Gletschervorstöße. Die Abkühlung lässt sich

durch eine verminderte Sonnenaktivität und mehrere klimawirksame Vulkanausbrüche zu

dieser Zeit erklären (vgl. Auer et al. 2014, S. 261–265; Kromp-Kolb et al. 2014, S. 78–79).

44

Abbildung 19: Rekonstruktion der Temperaturanomalie (basierend auf der instrumentell gemessenen Referenzperiode 1962-1990 (gestrichelte Linie)). Instrumentelle Messungen sind in Rot eingezeichnet. Die Unsicherheit wird gelb dargestellt (90 % Konfidenzintervall) (Quelle: Mann & Jones 2003, S. 3).

2.1.9.5. Vergleich der Klimavergangenheit mit dem heutigen Klima

Wenn die Vergangenheit unseres Klimas betrachtet wird, zeigt sich, dass das Klima sich auf

unterschiedlichen Zeitskalen unterschiedlich stark verändert hat. Es stellt sich also die Frage:

Ist der derzeitige Klimawandel ungewöhnlich, oder lassen sich die derzeitigen Beobachtungen

mit früheren Änderungen in der Erdgeschichte vergleichen?

Eine Antwort auf diese Frage bietet das IPCC (2007) in ihren FAQs zum Klimawandel.

Es sollte bei der Beantwortung darauf geachtet werden, welche Variablen verglichen werden

sowie lokale und globale Änderungen nicht zu vermischen. Lokale sind oft viel stärker

45

ausgeprägt als globale. Ebenso muss auf Zeitskalen geachtet werden. So können Klima-

änderungen, die über Jahrmillionen andauerten viel größere Auswirkungen und Ursachen

haben als Klimaänderungen, die innerhalb von Jahrhunderten ablaufen.

Wie bereits erwähnt, ist derzeit ein Anstieg der Treibhausgase zu beobachten. Dieser Anstieg

ist allerdings sehr ungewöhnlich für den Zeitraum der letzten 2 Millionen Jahre (Quartär). In

den letzten 650 000 Jahren schwankte der Wert der CO2-Konzentration zwischen 180 ppm in

den kalten Glazialen und 300 ppm in den Interglazialen. Diese Werte stammen aus

Eisbohrkernen aus der Antarktis. Ein geschätzter Anstieg um etwa 80 ppm am Ende der

vergangen Eiszeit lief über einen Zeitraum von etwa 5 000 Jahren ab. Im Zeitraum der letzten

100 Jahre stieg die CO2-Konzentration sehr schnell auf einen Wert von 399,4± 0,1 ppm (Willett

et al. 2016, S. 7) an. Um ähnlich hohe Werte zu finden, muss viele Millionen Jahre

zurückgeblickt werden.

Rekonstruktionen für den Zeitraum vor über 2 000 Jahren bieten derzeit keinen Hinweis

darauf, dass die weltweite Jahresdurchschnittstemperaturen seit Anfang des Holozäns, also

seit den letzten 11 600 Jahren, höher war als der derzeitige Wert.

Die größten Temperaturschwankungen der letzten Millionen Jahre traten im Zusammenhang

mit den Eiszeiten auf. Dabei schwankten die Temperaturen zwischen 4° C und 7° C, allerdings

über einen Zeitraum von etwa 5 000 Jahren.

Die derzeitige Änderung geht viel schneller vonstatten und lässt sich somit nicht damit

vergleichen. Auch weiter in der Vergangenheit kann kein Fall einer ähnlich schnellen

Klimaänderung gefunden werden. Daher gibt es keinen Beweis, dass es, weltweit betrachtet,

während der letzten 50 Millionen Jahre einen so schnellen Temperaturanstieg gab wie der

derzeitige oder mögliche zukünftige weltweite Klimawandel (vgl. IPCC 2007, S. 27–28).

46

2.1.10. Zukünftige Entwicklung des Klimas

Nachdem das vergangene Klima betrachtet wurde, sollte auch ein Ausblick in die mögliche

Zukunft unseres Klimas gemacht werden.

2.1.10.1. Klimamodelle

Um die zukünftige Entwicklung des Klimawandels besser abschätzen zu können, werden von

Klimaforschern Modellrechnungen angestellt um verschiedene Zukunftsszenarien durchzu-

spielen. Wichtig ist, dass diese Modelle keine Prognose sind. Sie dienen mehr dazu, ver-

schiedene Handlungsoptionen durchzuspielen und deren Auswirkungen auf das Klima auszu-

testen.

Um ein Klimaszenario berechnen zu können, muss man zunächst ein Emissionsszenario

erstellen. Hierzu werden Annahmen über die menschlichen Emissionen von CO2 und anderen

Treibhausgasen sowie über die Entwicklung der Aerosole zusammengefasst. Solche

Emissionsszenarios sind vom IPCC in den letzten Jahren erstellt worden. Diese beinhalten

pessimistische Szenarien (Vervierfachung der Emissionen bis 2100) und ebenso optimistische.

In diesen wird von einem moderaten Anstieg der Emissionen ausgegangen, der im Laufe der

Zeit abnimmt und in eine Abnahme auf einen Bruchteil des heutigen Werts übergeht (vgl.

Rahmstorf & Schellnhuber 2012, S. 46–48).

Prinzipiell sind Klimamodelle mathematische Darstellungen des Klimasystems und basieren

auf physikalischen Gesetzen, die auf großen, leistungsfähigen Computern berechnet werden.

In den letzten Jahren wurden diese Modelle gebündelt um diese zu verbessern. So können jetzt

großflächige Verteilungen der Lufttemperatur, des Niederschlags, der Strahlung, des Windes,

der Meerestemperatur und -strömungen dargestellt werden. Neben diesen können mit Hilfe

von Klimamodellen auch Muster der Klimavariabilität auf verschiedenen Zeitskalen durch

deren Simulation genauer betrachtet werden.

Diese Modelle werden ständig evaluiert. Beispielsweise wurden aktuelle Klimasituationen

simuliert und diese mit den Beobachtungen verglichen. Ein weiterer Test von solchen Modellen

bestand darin, dass Wettervorhersagen und saisonale Vorhersagen berechnet oder Situationen

in der Vergangenheit rekonstruiert wurden. Zum Beispiel konnte der globale Temperaturtrend

des vergangen Jahrhunderts sehr gut nachgebildet werden. Dabei wurden menschliche und

natürliche Einflüsse zusammengefasst (Siehe Abbildung 15).

Die zunehmenden Fähigkeiten der Modelle und Computer, in Kombination mit diesen Tests,

steigern das Vertrauen, dass die verwendeten Modelle zukünftige Klimaänderungen best-

möglich simulieren können.

47

Dennoch zeigen Modelle immer noch Fehler. Wenn zum Beispiel die nähere Zukunft in

Kombination mit einer moderaten Erwärmung betrachtet wird, zeigt sich, dass natürliche

Schwankungen einen großen Einfluss auf die Simulation haben. Kurzfristig bietet die

natürliche Variabilität nämlich einen großen Teil der Unsicherheiten von Projektionen.

Langfristig dominiert allerdings die Wahl des Emissionsszenarios erheblich. Ebenso weisen

alle Modelle einen systematischen Fehler auf. Viele Vorgänge, in der Atmosphäre

beispielsweise, laufen chaotisch ab. Das heißt, kleine Bewegungen auf kleinen Skalen haben

große Einflüsse auf Bewegungen auf großen Skalen. Dem kann durch verbesserte

Rechenleistung und somit kleineren Auflösungen entgegengewirkt werden. Ein Problem ist,

dass einige dieser kleinräumigen Vorgänge noch nicht zur Gänze verstanden sind.

Ein weiteres Beispiel für ein Problem in den Modellen bieten Wolken in der Simulation von

Niederschlägen. Wolken besitzen eine komplexe dreidimensionale Struktur und weisen eine

nicht-lineare Wechselwirkung mit den Strahlungsprozessen auf, was einen großen Fehler nach

sich ziehen kann.

Fehler in Modellen pflanzen sich auch fort, weil viele Vorgänge miteinander verschachtelt sind

und sich gegenseitig beeinflussen (Rückkopplungen). Als Beispiel kann eine Simulation von

kleinräumigen Wirbeln im Meer herangezogen werden. Diese Wirbel haben Einfluss auf

Meeresströmungen. Diese reagieren wiederum auf die globale Erwärmung, die andererseits

von der Aufnahme von CO2 in den Ozeanen beeinflusst wird. Das Problem bei solchen Wirbeln

ist, dass die Maschenbreite (etwa 100 km) von Simulationen diese meistens nicht erfasst,

sondern diese durch einfache Vermischungsansätze repräsentiert werden, was falsche

Ergebnisse liefern kann.

Dazu kommen die begrenzte Rechenleistung, das eingeschränkte Verständnis von gewissen

physikalischen Prozessen oder die begrenzte Verfügbarkeit von Beobachtungen.

Um solchen Fehlern, die immer vorhanden sind, entgegenzuwirken, kann man mehrere

Modelle mitteln (Multi-Modell Ensemblemittelwert). Ebenso wird sich die Datenlage auf vielen

Bereichen verbessern, was den Modellrechnungen zugutekommen wird, was auch auf die

Rechenleistung zutrifft (vgl. IPCC 2007, S. 32–33; Latif 2012, S. 89–92).

Projektionen von Änderungen im Klimasystem entstehen, indem eine Reihe von Modellen

verwendet wird. Dabei werden einfache Modelle bis hin zu umfassenden Klimamodellen und

Erdsystemmodellen verwendet. Für den aktuellen fünften Assessment Report des IPCCs

(2013) wurden Modelle gekoppelt und eine Reihe von Szenarien verwendet, die so genannten

repräsentativen Konzentrationspfade (Representative Concentration Pathways- RCP). Wobei

bei allen Pfaden die atmosphärische CO2-Konzentrationen im Jahr 2100 höher sein wird als

aktuell gemessen. Die hier vorgestellten Projektionen, ausgewählt aus der Zusammenfassung

48

für Entscheidungsträger des IPCCs (2013), für das Ende des 21. Jahrhunderts beziehen sich auf

den Zeitraum von 1986-2005 (vgl. IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 17).

Tabelle 4: Bezeichnung der Emissionsszenarien (vgl. IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 17).

Ungefährer totaler Strahlungsantrieb im Jahr 2100

Emissionsszenario

2,6 Wm-2 RCP2.6 4,5 Wm-2 RCP4.5 6,0 Wm-2 RCP6.0 8,5 Wm-2 RCP8.5

Das IPCC hat vier RCPs über ihren ungefähren totalen Strahlungsantrieb im Jahr 2100, bezogen

auf das Jahr 1750, definiert.

Man kann diese Szenarien so verstehen, dass es ein Minderungsszenario (RCP2.6), zwei

Stabilisierungsszenarios (RCP4.5 und RCP6.0) und ein Szenario, das eine sehr hohe

Treibhausgasemission simuliert (RCP8.5), gibt. Dies wurde so gewählt, dass die volle

Bandbreite an klimapolitischen Entscheidungen simulierbar ist.

Für RCP6.0 und RCP8.5 gilt, dass die Emissionen bis zum Jahr 2100 nicht ihr Maximum erreicht

haben. Im Szenario RCP4.5 stabilisiert sich der Treibhausgasausstoß bis zum Jahr 2100 und im

Minderungsszenario RCP2.6 gehen die Emissionen sogar wieder leicht zurück bis zum Ende

des Jahrhunderts.

Wie schon angesprochen wurden für den fünften Assessment Report mehrere Modelle

kombiniert (gekoppeltes Modellvergleichsprojekt Phase 5- CMIP5) und auch Erdsystem-

simulationen verwendet. Diese wurden mit vorgegebenen CO2-Konzentrationen durchgeführt

(vgl. IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 28).

49

Abbildung 20: In dieser Abbildung werden mehrere Szenarien für Strahlungsantriebe für den Zeitraum 1980 bis 2100 zusammengefasst, mit Nullniveau bei dem Strahlungsantrieb im Jahr 1850. Strichliert werden natürliche und anthropogene Strahlungsantriebe mit jeweiligen Unsicherheiten dargestellt. Die durchgezogene Linie zeigt einen Multi-Modell-Ensemblemittelwert des effektiven Strahlungsantriebs und die dazugehörigen Unsicherheiten. (Quelle: Collins et al. 2013, S. 1053)

2.1.10.2. Entwicklung des Klimas in der Zukunft

An dieser Stelle soll kurz, ohne allzu sehr in die Tiefe zu gehen, auf die möglichen

Entwicklungen der Temperatur, des Meeresspiegels sowie auf Veränderungen in der

Kryosphäre, wie sie in den oben angeführten Projektionen des IPCCs berechnet wurden,

eingegangen werden.

Trotz aller Unsicherheiten liefern alle Klimamodelle das Ergebnis einer erheblichen Klima-

erwärmung durch den Anstieg an Treibhausgasen und eine Erwärmung entsprechend deren

Abschätzungen, die aus vergangenen Änderungen abgeleitet werden können (vgl. IPCC 2007,

S. 32–33).

Diese Erwärmung wird allerdings nicht überall gleich schnell ablaufen. Die Ozeane reagieren

aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität von Wasser nur langsam auf Erwärmungen.

Deswegen lassen sich derzeitige Klimaänderungen noch nicht in voller Form erfassen. Einige

Auswirkungen des Klimawandels können kritische Schwellenwerte überschreiten, bei denen

es zu irreversiblen Prozesse kommt. Das Problem ist, dass diese Schwellenwerte nicht exakt

bekannt sind und ebenso-wenig, welche Prozesse betroffen sind.

50

Einen großen Einfluss auf die zukünftige Entwicklung des Klimas hat die Änderung des

Emissionsverhaltens. Wobei man die lange Verweildauer der Treibhausgase (ca. 100 Jahre für

CO2) in der Atmosphäre miteinberechnen muss. So würde eine Stabilisierung der CO2-

Emissionen auf den heutigen Wert nicht eine sofortige Stabilisierung der Konzentration in der

Atmosphäre nach sich ziehen.

Um die atmosphärische Konzentration tatsächlich auf ein Niveau zu stabilisieren, müsste der

CO2-Ausstoß drastisch reduziert werden. Um das vorhandene CO2 aus der Atmosphäre

schließlich zu entfernen, wird aber wieder sehr viel Zeit benötigt. Dies kann zum Beispiel mit

Hilfe der Ozeane geschehen. Um diesen Vorgang langfristig aufrechtzuerhalten, muss CO2, das

in der Oberflächenschicht der Ozeane durch Austausch mit der darüber liegenden Atmosphäre

gebunden ist, in die Tiefsee transportiert werden. Dies geschieht nur in den subpolaren Breiten

und benötigt viel Zeit.

Die Trägheit des Klimas führt auch dazu, dass sich die gemittelte oberflächennahe

Lufttemperatur nicht sofort nach Stabilisierung der CO2-Konzentration auch reguliert, sondern

noch mindestens ein Jahrhundert lang weiter ansteigen wird. Für den Meeresspiegel gilt

Ähnliches, nur dass dieser noch viele Jahrhunderte ansteigt. Das kommt zum einem von der

thermischen Expansion, die nur langsam in die Tiefsee fortschreitet, zum anderen vom

Schmelzen des Landeises, was ebenso einen Anstieg des Meeresspiegels nach sich zieht (vgl.

Latif 2012, S. 92–94).

Welche Konsequenzen können für diese Konzentrationen für die Temperaturen in der

Atmosphäre projektiert werden?

Alle Modelle zeigen einen weiteren Erwärmungstrend für das 21. Jahrhundert. Die

Temperaturzunahme ist für alle RCP-Szenarien annähernd gleich für die ersten Jahrzehnte

nach 2005. Für den weiteren Verlauf sind vor allem die Emissionsszenarien entscheidend. So

zeigt sich, dass die globale Erwärmung für das RCP2.6 unter 2° C (bezogen auf den Zeitraum

1850- 1900) bleibt und somit das Potenzial für eine Vermeidung der globalen Erwärmung

gegeben ist.

Für die drei anderen RCPs bleibt die Temperatur nicht unter der 2° C Grenze. So steigt die

Temperatur über 4° C für das RCP8.5-Szenario bis zum Jahr 2100. Für eine genauere

Betrachtung siehe Tabelle 5.

Über das Jahr 2100 hinaus betrachtet, kann nur unter RCP2.6 ein abnehmender Trend erkannt

werden. Bei den anderen wird ein weiterer Anstieg projektiert. Des Weiteren können regionale

Unterschiede berechnet werden. So nimmt die Oberflächentemperatur an Land stärker zu als

die Temperatur über den Ozeanen. Ebenso wird sich die Nordhalbkugel stärker erwärmen als

die Südhemisphäre. Dies liegt zum einem an der Landmassenverteilung (mehr Land an der

Nordhemisphäre), zum anderen daran, dass das Südpolarmeer, im Vergleich zum

51

Nordpolarmeer, mehr Wärme aufnimmt. So wird sich auch die Arktisregion stärker

aufwärmen als die Antarktis (vgl. Collins et al. 2013, S. 1054–1056).

Abbildung 21: Diese Abbildung zeigt die globale jährliche mittlere Temperatur Anomalie (bezogen auf den Zeitraum 1986-2005) berechnet aus CMIP5- Modellen. Die Zahlen geben die Anzahl der verwendeten Modelle an, wobei nur eine Projektion und die dazugehörige Unsicherheit eingezeichnet wurde (Quelle: Collins et al. 2013, S. 1054).

Tabelle 5: Jährliche mittlere Oberflächentemperaturanomalie in °C (bezogen auf die Periode 1986-2005) und geordnet nach Perioden, Regionen und RCPs (Quelle: Collins et al. 2013, S. 1055)

Neben den Temperaturen werden auch Niederschlagsmengen in den Modellen der CMIP5

projektiert. Die Änderung der Temperatur und des Niederschlags verlaufen näherungsweise

linear. Die Zunahme des Wasserdampfgehaltes der tiefen Troposphäre ist eine direkte

Konsequenz der Clausius–Clapeyron-Beziehung. Das heißt, mit zunehmender Temperatur

steigt die Fähigkeit, Wasserdampf aufzunehmen (vgl. Collins et al. 2013, S. 1055–1056).

52

Abbildung 22: Das globale Mittel des Niederschlags (mm pro Tag) wird der Temperaturänderung (°C), bezogen auf die Periode 1986-2005, gegenübergestellt. In (a) repräsentiert jede Linie ein Modell und in (b) ist ein Multi-Modell-Ensemblemittelwert für jedes RCP zu sehen. (Quelle: Collins et al. 2013, S. 1056)

Der Wasserkreislauf besteht aus der Speicherung von Wasser in der Erde in jeglichem

Phasenzustand sowie der Bewegung von Wasser im Klimasystem (siehe Hydrosphäre). Über

die zukünftige Entwicklung des Wasserkreislaufes ist zu sagen, dass dieser sich beschleunigen

wird, das heißt die Zirkulation wird mit der Zeit an jedem Ort beschleunigt. Für manche

Regionen bedeutet dies, dass ein beschleunigter Wassertransport in und aus Speicher-

reservoirs zu beobachten sein wird. Für andere Teile des Klimasystems werden ein Abbau von

Wasser und eine eingeschränkte Zirkulation auftreten und der eine oder andere Speicher

könnte dort auch ganz verschwinden.

Des Weiteren werden Eisflächen schneller schmelzen und die Verbreitung von vereisten

Flächen wird allgemein zurückgehen. Simulationen zeigen, dass das arktische Sommereis bis

zur Mitte des Jahrhunderts verschwunden sein könnte.

Durch die höheren Temperaturen wird auch die Atmosphäre mehr Wasserdampf aufnehmen

können (zwischen 5 und 25 %, je nach Emissionsszenario).

53

Ebenso wird mehr Wasser von der Oberfläche verdunsten und der Meeresspiegel wird sich,

aufgrund der wärmebedingten Ausdehnung und vermehrten Abschmelzung von Landeis,

erhöhen.

Wegen der hohen Komplexität des Klimasystems ist zu erwarten, dass sich diese Ereignisse

nicht überall gleich manifestieren werden und dass große regionale Unterschiede auftreten

werden. Ebenso können auch saisonale Änderungen auftreten. Beispielsweise zeigen die

Klimamodelle des fünften Assessment Reports des IPCC (2013), dass sich der Winter-

niederschlag im nördlichen asiatischen Raum um mehr als 50 % erhöhen könnte, wohingegen

der Sommerniederschlag annähernd gleich bleibt.

Die CMIP5-Modelle zeigen einen allgemeinen Anstieg an Niederschlägen in Teilen der Tropen

und in polaren Breiten. Diese können um etwa 50 % bis zum Ende des Jahrhunderts ansteigen

(dem extremsten Szenario nach). Im Gegensatz dazu könnten die Niederschläge im Sub-

tropischen Raum um bis zu 30 % abnehmen.

Eine weitere Folge der Veränderungen in den Tropen könnten Veränderungen in der

atmosphärischen Zirkulation sein, was zu einem verstärkten Wassertransport in diese Region

und somit zu mehr Niederschlägen führt. Damit verbunden ist eine Abnahme von Regenfällen

in der subtropischen Zone. Daher wird es zu einer weiteren Austrocknung der subtropischen

Breiten kommen und einer Ausdehnung von vielen Wüsten. Das heißt, es wird mehr Dürren in

den jetzt schon trockenen Gebieten geben.

Für die höheren Breiten gilt, dass durch die höheren Temperaturen mehr Wasser in der

Atmosphäre vorhanden sein wird und somit auch mit mehr Niederschlägen zu rechnen sein

wird.

Ein wärmeres Klima wird es ebenso Sturmsystemen aus den Tropen erlauben, mehr

Feuchtigkeit in höhere Breiten zu transportieren, ohne dabei an Stärke einzubüßen.

Die Klimamodelle zeigen, dass sich die Regenfälle intensivieren werden. Allerdings nicht

gleichmäßig. So wird es durch die intensiven Regenfälle zwar zu mehr Überflutungen kommen,

gleichzeitig aber wird es auch längere Trockenphasen und damit verbundene Dürren geben.

In den höheren Breiten ergeben sich noch andere Auswirkungen. So wird zum Beispiel der

erste Schneefall erst später im Herbst stattfinden und Schnee schon früher im Frühling wieder

schmelzen. Simulationen zeigen, dass die März- bis April-Schneebedeckung auf der

Nordhalbkugel um 10 bis 30 % bis 2100 abnehmen wird (vgl. Collins et al. 2013, S. 1084–

1085).

54

Abbildung 23: Schematische Darstellung der Veränderungen im Wasserkreislauf. Der Wassertransport wird durch blaue Pfeile dargestellt. Durch gelbe Pfeile wird auf eine Veränderung im Kreislauf aufmerksam gemacht. (Quelle: Collins et al. 2013, S. 1085)

Abbildung 24: Darstellung der Projektionen für den Zeitraum 2081-2100 der durchschnittlichen prozentuellen Änderung des durchschnittlichen Niederschlags, bezogen auf den Zeitraum 1986-2005. Regionen, in denen die Modellberechnungen kleiner als die natürlichen Schwankungen sind, werden schraffiert dargestellt und punktiert, wenn die Multimodellmittel groß sind im Vergleich zu natürlichen Schwankungen. (Quelle: Stocker et al. 2013, S. 91)

Wie werden die Ozeane und der Meeresspiegel auf die globale Erwärmung reagieren?

„Der globale Ozean wird sich im 21. Jahrhundert weiter erwärmen. Wärme wird von

der Oberfläche in den tiefen Ozean vordringen und die Ozeanzirkulation beeinflussen.“ (IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 22)

55

Die stärkste Erwärmung wird für die tropischen und subtropischen Breiten an der Oberfläche

der Ozeane erwartet und für die südlichen Ozeane wird die Erwärmung in der Tiefsee am

stärksten sein.

Ein weiteres Ergebnis der Klimamodelle ist, dass die Atlantische Meridionale Umwälz-

zirkulation, also die oben schon kurz angesprochene thermohaline Zirkulation, sehr wahr-

scheinlich schwächer werden wird. Wobei es sehr unwahrscheinlich ist, dass diese Umwälz-

zirkulation in den nächsten hundert Jahren abrupt kollabieren wird. Diese Aussage lässt sich

aber für einen Zeitraum über das 21. Jahrhundert hinaus nicht halten. Es kann also sein, dass

die Zirkulation, bei anhaltender Erwärmung, kollabieren könnte. Allerdings ist das Vertrauen

in eine solche Beurteilung noch gering, da im Moment die Anzahl der Analysen beschränkt und

die Resultate uneinheitlich sind.

Der mittlere globale Meeresspiegel wird weiter ansteigen, das lässt sich unter allen Emissions-

szenarien beobachten. Ebenso wird die Geschwindigkeit des Anstieges aufgrund der Ozean-

erwärmung und des Abschmelzens der Gletscher und Eisschilde jene aus den Jahren 1971 bis

2010 übertreffen. Für das Szenario RCP8.5 ergibt das eine Geschwindigkeit von bis zu 16 mm

pro Jahr im Zeitraum 2081 bis 2100. Allein durch den erwarteten Abfluss des antarktischen

und grönländischen Eisschildes wird der mittlere globale Meeresspiegel bis 2100 zwischen

0,03 m und 0,2 m ansteigen.

Einen weitaus größeren Anstieg, mehrere Zentimeter, könnte es allerdings geben, wenn die

unter der Meeresoberfläche liegenden Teile des antarktischen Eisschildes plötzlich

zusammenbrechen würden. (vgl. IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 22–24)

Abbildung 25: Erwartete Anstiege des mittleren globalen Meeresspiegels bis 2100, bezogen auf den Zeitraum 1986-2005 für die Emissionsszenarien RCP2.6 und RCP8.5. Rechts wird das wahrscheinliche Mittel des Anstiegs in der Periode 2081-2100 für alle vier RCPs dargestellt.(Quelle: IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 24)

56

Abbildung 26: Veränderung (in Meter) des relativen Meeresspiegels im Zeitraum 2081-2100 im Vergleich zur Periode von 1986-2005 (Quelle: Stocker et al. 2013, S. 101)

Ein Blick in die Klimavergangenheit zeigt, dass große Schwankungen in der Höhe des

Meeresspiegels immer mit dem Abschmelzen großer Eismassen zusammenhängen. So bietet

zum Beispiel das komplette Abschmelzen des Grönlandeises die Gefahr eines geschätzten

Anstiegs des Meeresspiegels um ca. 7m. Bei dem Westantarktischen Eisschild stiege der Spiegel

um ca. 6 m und beim Ostantarktischen Eisschild sogar um über 50 m.

Eine solche Entwicklung im Ostantarktischen Eisschild wird aber nicht erwartet. Es wird

angenommen, dass dieser stabil ist. Die beiden anderen Eisschilde bleiben als Unsicherheits-

faktor.

Neben dem Abschmelzen von Eis und der thermischen Ausdehnung des Wassers kann der

Meeresspiegel auch durch einen Mehreintrag von Wasser, das von den geschmolzenen Land-

eismassen stammt, ansteigen.

Rahmstorf und Schellnhuber (2012) nennen das Abschmelzen der Gebirgsgletscher das

Frühwarnsystem der Erwärmung und den Anstieg des Meeresspiegels die „Spätfolge“, weil er

zwar langsam beginnt, aber sehr lange andauert (Zeitskala von mehreren Jahrhunderten). Der

Grund dafür ist der langsame Wärmetransport von der Meeresoberfläche in die Tiefsee. Das

hat zur Folge, dass, trotz anhaltender Erwärmung, der Meeresspiegel weiter ansteigen wird

(vgl. Rahmstorf & Schellnhuber 2012, S. 63–66).

Wie man sieht spielen Veränderungen der Kryosphäre eine wichtige Rolle. Wie sehen die

erwarteten Veränderungen aus?

57

„Es ist sehr wahrscheinlich, dass im 21. Jahrhundert bei einem Anstieg der mittleren globalen Erdoberflächentemperatur die arktische Meereisbedeckung weiter an Fläche verlieren und ausdünnen wird und die Schneebedeckung im Frühjahr auf der Nordhemisphäre abnehmen wird. Das Gletschervolumen wird weiter zurückgehen.“ (IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 23)

Simulationen (Teilmenge der Modelle mit Szenario RCP8.5) haben ergeben, dass es durchaus

wahrscheinlich ist, dass der Arktische Ozean, gemessen im September vor der Jahrhundert-

mitte, nahezu eisfrei sein könnte. Das heißt, die Eisfläche beträgt weniger als 106 km2 in fünf

aufeinander folgenden Monaten. Ein genauer Zeitpunkt konnte nicht berechnet werden.

Das globale Gletschervolumen wird zurückgehen, die Peripheriegebiete der Antarktis wurden

bei dieser Betrachtung ausgenommen.

Das Gleiche lässt sich für die Fläche der Schneebedeckung im Frühjahr auf der Nordhalbkugel

beobachten (vgl. IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 23) (siehe Tabelle 6).

Abbildung 27: Meereisausdehnung auf der Nordhalbkugel gemessen im September vom Ende des 20. über das 21. Jahrhundert hinaus. Dargestellt werden die Projektionen für alle Szenarien. (Quelle: Stocker et al. 2013, S. 92)

58

Abbildung 28: Oben: Abweichung der Schneebedeckung im Frühling (März bis April) auf der Nordhalbkugel bezogen auf den Zeitraum 1986-2005. Unten: Oberflächennahe Permafrostfläche auf der Nordhalbkugel. (Quelle: Stocker et al. 2013, S. 93)

In der folgenden Tabelle sollen alle in diesem Kapitel angesprochenen Projektionen

zusammengefasst werden.

Tabelle 6: Zusammenfassung der Projektionen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts für die Szenarien RCP2.6 und RCP8.5 (vgl. IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 17–24)

Veränderung bis zum Jahr 2100 RCP2.6 RCP8.5

CO2-Konzentration 421 ppm 936 ppm

CO2-Äquivalenzkonzentration, wenn CH4 und N2O miteingerechnet werden

475 ppm 1313 ppm

mittlere globale Erdoberflächentemperatur bezogen auf 1986– 2005

+0,3° C bis +1,7° C

+2,6° C bis +4,8° C

mittlerer globaler Meeresspiegels bezogen auf 1986– 2005

+0,26 m bis +0,55 m

+0,45 m bis +0,82 m

Temperatur des Ozeans (für die oberen 100m) +0,6° C +2° C

Temperatur des Ozeans (für die Tiefe von ca. 1000m) +0,3° C +0,6° C

59

Veränderung bis zum Jahr 2100 RCP2.6 RCP8.5

Reduktion der Atlantischen Meridionalen Umwälzzirkulation

11 % (1 bis 24 %)

34 % (12 bis 54 %)

Abnahme des Meereises in der Arktis im September gemessen

43 % 94 %

Abnahme des Meereises in der Arktis im Februar gemessen

8 % 34 %

Abnahme des globalen Gletschervolumens 15 % bis 55 % 35 % bis 85 %

Abnahme der mittleren Fläche der Schneedecke im Frühjahr

7 % 25 %

Abnahme der Fläche des oberflächennahen Permafrosts (obere 3.5 m)

37 % 81 %

60

2.1.11. Folgen des Klimawandels

In diesem Kapitel soll kurz auf mögliche Folgen des Klimawandels eingegangen werden. Dies

soll nur exemplarisch geschehen, so sollen Extremwetterereignisse, der Einfluss auf die Jahres-

zeiten und die Folgen für Schnee und Gletscher behandelt werden. Neben den genannten gibt

es zahlreiche weitere Folgen, die an dieser Stelle nicht thematisiert werden kann.

2.1.11.1. Extremereignisse

Zunächst soll geklärt werden, was ein Extremereignis ist und welchen Einfluss der Klima-

wandel darauf haben wird.

Das IPCC (2012) bietet für den Spezialbericht zur Klimafolgenforschung folgende Definition

für ein Extremereignis:

“An extreme (weather or climate) event is generally defined as the occurrence of a value of a weather or climate variable above (or below) a threshold value near the upper (or lower) ends (‘tails’) of the range of observed values of the variable.”(Seneviratne et al. 2012, S. 111)

Mit einer Temperaturzunahme erhöht sich die Aufnahmefähigkeit von Wasserdampf in der

Luft und dies hat zur Folge, dass man in Zukunft häufiger mit Starkregen rechnen muss. Wie

schon oben angedeutet, werden Regenereignisse nicht zwangsläufig häufiger auftreten, aber

die Niederschlagsmengen werden größer werden.

Ähnlich verhält es sich auch bei den Winterstürmen. Wieder sind die erhöhte Temperatur und

die damit verbundenen Wasserdampfmengen die Auslöser. Es wird mehr Wasserdampf in

höhere Atmosphärenschichten transportiert, wo die feuchten Luftmassen abkühlen und das

Wasser kondensiert. Dabei wird Energie in Form von latenter Wärme abgegeben, was die Luft

noch weiter abkühlt. Das hat insgesamt zur Folge, dass sich der Temperaturunterschied in der

oberen Troposphäre zwischen den polaren- und tropischen Breiten verstärkt. Dadurch erhöht

sich die Geschwindigkeit des Jetstreams. Zwar wird erwartet, dass sich bei einem stärkeren

Jetstream die Anzahl von Stürmen verringert, aber die Stärke der verbleibenden Stürme

könnte zunehmen. Dabei wären beispielsweise Gebiete von Großbritannien bis Nord-

deutschland besonders stark betroffen. Dies lässt sich laut Podbregar, Schwanke und Frater

(2009) auch jetzt schon beobachten. Es sei statistisch nachweisbar, dass die Zahl der

Orkantiefs, die über den Atlantik entstehen, und die Anzahl der Westwetterlagen seit den

1970er Jahren bis etwa 1990 zugenommen haben.

Ebenso haben Modelle berechnet, dass der Ort, an dem solche Stürme entstehen weiter nach

Osten verlagert werden wird, also vom Gebiet zwischen Island und den Azoren näher an das

europäische Festland rückt.

61

Eine bestimmte Wettersituation führt dazu, dass Sturmtiefs in Europa abgemildert werden. In

kalten Wintern bildet sich über Osteuropa ein Kältehoch aus, welche die von Westen

kommenden Luftmassen und Sturmtiefs ablenkt oder blockiert. In milderen Wintern können

sich diese Hochdruckgebiete nicht ausbilden und die Sturmtiefs können weiter nach Osten

ziehen (vgl. Podbregar et al. 2009, S. 59–71).

Was kleinräumige Extreme wie etwa Gewitter, Tornados oder Hagelstürme betrifft, sind die

Beobachtungsdaten zu gering, um allgemeine Schlüsse über die zukünftige Entwicklung daraus

ziehen zu können.

Bei den tropischen Stürmen, wie etwa Hurrikans, zeigt es sich, dass seit Mitte der 1970er die

Zerstörungskraft zugenommen hat, was mit einer längeren Sturmdauer und Intensität

einhergeht. Dies korreliert stark mit der tropischen Meeresoberflächentemperatur.

Ähnlich wie bei den Niederschlägen ist es auch bei den tropischen Stürmen so, dass die Anzahl

der Wirbelstürme in den meisten Ozeanbecken zurückgegangen sind, wobei Stürme der

Kategorie 4 und 5 seit 1970 um rund 75 % zugenommen haben. Den stärksten Zuwachs gab es

im nördlichen Pazifik, im indischen Ozean und im südwestlichen Pazifik (vgl. IPCC 2007, S. 19).

Zusammenfassend lässt sich sagen:

In den vergangenen Jahren hat es immer wieder Extremereignisse gegeben, wie etwa die

extrem heißen Sommer in den Jahren 2003 und 2010 in Europa oder die intensive Hurrikane-

Saison im Jahr 2004 und 2005. Dafür den Klimawandel verantwortlich zu machen, greife zu

kurz, meint das IPCC (2012). Diese Ereignisse sind zwar keine Beweise für einen

Zusammenhang, aber Indizien dafür. So hat es Extremereignisse auch schon zu Zeiten mit

geringeren Auswirkungen des Klimawandels gegeben, allerdings ist die Wahrscheinlichkeit für

Extremereignisse mit den Jahren gestiegen. Wichtig ist, dass extreme Bedingungen meistens

eine Folge einer Kombination von mehreren Einflussfaktoren sind. So war der Sommer 2003

eine Kombination von einem anhaltenden Hochdrucksystem und einer sehr geringen

Bodenfeuchte. Das hatte zur Folge, dass weniger Strahlungsenergie zum Verdunsten der

Bodenfeuchte verwendet wurde und somit zum Erwärmen des Bodens zur Verfügung stand.

So zeigt sich, dass manche Einflüsse auf eine globale Erwärmung zurückzuführen sind, andere

allerdings nicht, was es schwer macht, den menschlichen Einfluss heraus zu arbeiten.

Es wurden allerdings Klimamodelle verwendet, um Extremereignisse zu simulieren und einen

genaueren Blick auf die einzelnen Faktoren zu werfen. So hat sich gezeigt, dass ein

anthropogener Einfluss die Wahrscheinlichkeit für eine Hitzewelle wie im Jahr2003 mehr als

verdoppelt (vgl. Seneviratne et al. 2012, S. 127).

62

2.1.11.2. Folgen für die Kryosphäre

Über die zukünftige Entwicklung der arktischen und antarktischen Eismassen wurde schon im

Kapitel 2.1.10.2 gesprochen. An dieser Stelle soll noch eine Ergänzung der Folgenabschätzung

für Landeismassen mit einem Blick auf die Situation in Österreich gemacht werden.

Gletscher reagieren extrem sensibel auf Klimaänderungen. Rahmstorf und Schellnhuber

(2012) nennen sie „das Frühwarnsystem des Klimas“. In guter Näherung, lässt sich sagen, dass

ein wärmeres Klima die Gletscher schmelzen lässt. Im Detail hängt das Gletscherwachstum von

einer Kombination aus Niederschlag und Sonneneinstrahlung ab. Die sensible Reaktion der

Gletscher auf geringe Erwärmungen legt nahe, dass diese bei einer globalen Erwärmung um

mehrere Grad zum größten Teil verschwinden werden. Das hätte große Auswirkungen auf die

angrenzenden Regionen. Gletscher dienen als Wasserspeicher. Dieses Wasser wird für

Landwirtschaft oder zur Trinkwassergewinnung gewonnen. Die Versorgung vieler Städte

hängt von diesem Wasserspeicher ab (vgl. Rahmstorf & Schellnhuber 2012, S. 56–58).

Die Gletscher in Österreich erleben dramatische Veränderungen. Zum Beispiel ist die

Gletscherfläche in den südlichen Ötztaler Alpen von 144,2 km2 im Jahr 1969 auf 116,1 km2 bis

2006 zurückgegangen. Im Zeitraum von 1969-1998 hat die Gesamtfläche der Gletscher um

16,6 % abgenommen (vgl. Kromp-Kolb et al. 2014, S. 91).

Für die zukünftige Entwicklung sagt das APCC (2014) voraus, dass „bis zum Jahr 2030 das

Eisvolumen und die Fläche der österreichischen Gletscher auf die Hälfte der Mittelwerte der

Periode 1985 bis 2004 gesunken sein wird.“ (Kromp-Kolb et al. 2014, S. 91)

Die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik schreibt auf deren Informationsportal

zum Klimawandel zum Thema Schnee, dass die Schneedecke in Österreich, die im

Wintermaximum durchschnittlich 47.106 km2 beträgt, sehr empfindlich auf Klimaänderungen

reagiert.

Frisch gefallener Schnee hat eine sehr große Albedo (80-90 %). Durch eine geringere

Ausdehnung der schneebedeckten Flächen wird also weniger Sonnenstrahlung reflektiert.

Diese wird allerdings von der Oberfläche absorbiert, was zu einer weiteren Erwärmung führt.

Genaueres wurde bereits im Kapitel 2.1.4 zum Thema Albedo-Rückkopplung behandelt.

Neben dem Einfluss auf die Strahlungsbilanz ist Schnee wichtig für den Wasserhaushalt. So

wird Wasser im Winter in der Schneedecke zurückgehalten, das Schmelzwasser versickert

langsam im Untergrund und füllt die Grundwasserspeicher. Durch schneearme Winter kann es

zu Problemen in der Landwirtschaft kommen, da das versickernde Wasser auch für den Boden

und für die darauffolgende Vegetationsperiode wichtig ist.

63

Für die Zukunft wird vorausgesagt, dass in den österreichischen Alpentälern mehr Regen als

Schnee fallen wird, vor allem in Lagen unter 1000 m. Auch lässt sich ein Unterschied zwischen

den Regionen nördlich und südlich des Alpenhauptkammes erkennen.

So ist südlich ein Trend erkennbar, dass man eine große Abnahme an Tagen mit Schneedecke

und ebenso an der Schneemächtigkeit findet. Neben der nachweislichen Temperaturerhöhung

um 1,5° C ist auch ein Niederschlagsrückgang im Winterhalbjahr um etwa 20 % erkennbar für

den Zeitraum 1900 bis 2009 (vgl. ZAMG- Informationsportal Klimawandel).

Bis zum Ende des Jahrhunderts ist mit einem weiteren Anstieg der Schneefallgrenze von etwa

300 bis 600 m zu rechnen. Ebenso ändert sich die Dauer der Schneebedeckung, vor allem in

mittelhohen Lagen, also um 1000 m Seehöhe. Es ist sehr wahrscheinlich, dass mit einer

Abnahme der Schneedeckenhöhe in mittelhohen Lagen gerechnet kann, da sowohl die

Schneefallgrenze als auch der Schneedeckenzuwachs temperaturabhängig sind.

Für Lagen zwischen 1000 und 2000 m Höhe ergeben die Modellrechnungen, dass die

Schneedeckendauer um etwa 30 Tage abnehmen wird. Für Tieflagen (unter 1000 m) und

Hochlagen (über 2000 m) wird mit einer Abnahme von etwa 15 Tagen zu rechnen sein.

Für den Südosten Österreichs werden die Auswirkungen am größten sein. Hier wird eine

Abnahme der Schneedeckendauer von bis zu 70 Tagen im Mittel projektiert (vgl. Kromp-Kolb

et al. 2014, S. 91).

Regionale Klimamodellsimulationen für den Alpenraum haben ergeben, dass es bei weiterer

Temperaturzunahme Bereiche im Alpenraum geben wird in denen es keine Schneedecke mehr

geben wird, wie etwa in der westlichen Poebene und im Gebiet der Còte d'Azur (vgl. ZAMG-

Informationsportal Klimawandel).

Neben dem Eis an der Oberfläche befindet sich auch Eis im Boden, der sogenannte Permafrost.

Eine Veränderung des Klimas hat auch Auswirkungen darauf.

In großen Höhen bildet Permafrost eine Art Kleber und hält viel Gesteinsmaterial zusammen.

Durch die Erwärmung ziehen sich die Permafrostböden in größere Höhen zurück und könnten

in etwa 50 Jahren in den Alpen zu Gänze verschwunden sein. Das hat wiederum zur Folge, dass

Berg- und Hangrutsche vermehrt auftreten werden (vgl. Podbregar et al. 2009, S. 74).

Dies lässt sich beispielsweise am Mont Blanc-Massiv beobachten. Um einen Zusammenhang

zwischen Hangrutsche und dem Klimawandel herzustellen wurden 42 Steinfälle seit dem Jahr

1862 analysiert. Das Ergebnis war, dass alle Stellen der Felsstürze in Permafrost-Gebieten

stattfanden und dass eine sehr ausgeprägte Korrelation zwischen Hangrutschen und den

wärmsten Temperaturperioden, im beobachteten Zeitraum, existiert. 70 % der Felsstürze

fanden in den letzten 20 Jahren statt, was ein Hinweis für einen beschleunigten Klimawandel

64

sein könnte. Bei der derzeit prognostizierten Entwicklung des Klimas ist mit weiteren

Felsstürzen zu rechnen (vgl. Ravanel & Deline 2011, S. 364–365).

2.1.11.3. Folgen für die Ausprägung der Jahreszeiten

Zuletzt soll noch geklärt werden welche Folgen der Klimawandel auf die Jahreszeiten hat. Es

wird immer wieder behauptet, dass die Übergangzeiten Frühling und Herbst verschwinden

werden.

Jahreszeiten werden von Menschen durch geänderte Witterungsbedingungen wahr-

genommen. Das Frühjahr ist zum Beispiel durch den Beginn der Vegetationsperiode und der

Herbst durch das Ende derselben gekennzeichnet.

Allgemein werden die Jahreszeiten durch die Neigung der Erdachse, von etwa 23,5°, und die

Änderung des Winkels der Sonneneinstrahlung definiert. Im Nord-Sommer ist die Nord-

hemisphäre der Sonne zugewandt, im Nord-Winter ist sie abgewandt, das heißt, der

Einstrahlwinkel ist kleiner. Damit verbunden ist auch der Energieeintrag pro Fläche, der im

Sommer größer ist als im Winter. Dazu kommt noch eine längere Sonnenscheindauer im

Sommer (vgl. ZAMG- Informationsportal Klimawandel).

Der Klimawandel hat also keinen Einfluss auf die Jahreszeiten als solches. Aber woher kommen

die Fragen nach derer Verschwinden?

Wie schon angemerkt, macht sich der Wechsel der Jahreszeiten für die Menschen durch eine

Veränderung der Witterungsverhältnisse bemerkbar. Ein Anstieg der globalen

Mitteltemperatur hat auch Auswirkungen auf biologische Systeme. So können etwa Tiere und

Pflanzen entweder durch eine Anpassung an veränderte Bedingungen überleben oder, falls das

nicht gelingt, aussterben. Anpassungen können sich durch ein geändertes Verbreitungsgebiet

oder Veränderung der Gestalt äußern.

Beobachtungen die auf den Klimawandel zurückzuführen sind, zeigen etwa, dass sich seit der

Mitte des 20. Jahrhundert der Blühbeginn oder die Blattentfaltung um etwa 2,3 bis 5,2 Tage im

Gegensatz zu früheren Zeiten verschoben haben. Auf der anderen Seite, kann man beobachten,

dass die Laubverfärbung und der Laubfall später auftreten. Dadurch verlängert sich die

Vegetationsperiode um ein bis zwei Wochen.

Ebenso sind Veränderungen in der Landwirtschaft zu beobachten, in dem die Aussaattermine

früher stattfinden. Auch eine verlängerte Flugzeit von Insekten kann beobachtet werden (vgl.

ZAMG- Informationsportal Klimawandel).

Die Jahreszeiten bleiben also erhalten, eine Veränderung der Vegetationsperiode erweckt

jedoch den Eindruck, dass die Übergangsjahreszeiten Frühling und Herbst sich verschieben,

beziehungsweise verschwinden.

65

2.2. Fachdidaktik

Da sich diese Arbeit primär an Lehrinnen und Lehrer richtet, soll an dieser Stelle eine

fachdidaktische Betrachtung des Themas Klima und Klimawandel Platz finden.

Dazu soll ein kurzer Exkurs in die österreichischen AHS- Lehrpläne gemacht werden, um zu

zeigen, welchen Stellenwert das Thema Klima und Klimawandel in der Schule hat. Im

Anschluss sollen die wichtigsten und immer wieder auftretenden Vorstellungen der

Schülerinnen und Schüler aufgelistet werden und ein Blick auf das Interesse und die

Einstellung der Schülerinnen und Schüler in Bezug auf den Klimawandel und den damit

verbundenen Themen geworfen werden. Am Ende werden noch Abbildungen in Schulbüchern

genauer betrachtet.

2.2.1. Lehrplan

Wo und in welchen Unterrichtsfächern findet das Thema Klima und Klimawandel Platz? An

dieser Stelle sollen hauptsächlich nur die Lehrinhalte betrachtet werden. Dabei sollen zunächst

die Lehrpläne der AHS- Unterstufe und im Anschluss die Lehrpläne der Unterrichtsfächer in

der AHS- Oberstufe in den Fokus genommen werden.

Im ersten Teil jedes Lehrplanes finden sich die Bildungs- und Lehraufträge eines jeden

Unterrichtsfaches. Diese sollen hier keinen großen Platz einnehmen, obwohl sich dort unter

anderem auch Begründungen finden, warum das Thema Klima und Klimawandel im Unterricht

eingegliedert werden sollte. Dies geschieht überwiegend durch einen Zugang der Umwelt-

bildung und im Sinne eines verantwortungsbewussten Umgangs mit der Umwelt. Ebenso soll

durch ein Bewusstmachen von Gefahren sowie durch eine Vermittlung von Umwelt-

schutzmaßnahmen, aber auch durch den Zugang der Umweltgeschichte, die Themen Klima und

Klimawandel in den Unterricht eingebracht werden (vgl. BMB- Bundesministerium für Bildung

2004e, S. 1; BMB- Bundesministerium für Bildung 2004g, S. 1; BMB- Bundesministerium für

Bildung 2004c, S. 1; BMB- Bundesministerium für Bildung 2004d, S. 1–4; BMB-

Bundesministerium für Bildung 2004f, S. 1).

2.2.1.1. Unterstufe

Im Folgenden soll ein Einblick gegeben werden wie das Thema Klima und Klimawandel in den

Lehrinhalten der AHS- Unterstufe Platz findet, wobei an dieser Stelle der Klimawandel

allgemeiner als Umweltproblem angesehen wird.

66

Im Lehrplan für Biologie und Umweltkunde ist folgender Satz im Teilbereich "Ökologie und

Umwelt" in jeder Klasse zu finden: "Positive wie negative Folgen menschlichen Wirkens sollen

thematisiert und hinterfragt werden. Umweltprobleme, deren Ursachen und Lösungsvorschläge

sind zu bearbeiten." (BMB- Bundesministerium für Bildung 2004c, S. 3). Dabei soll dies in

verschiedenen Kontexten wie etwa dem des Ökosystems Wald in der ersten und zweiten

Klasse sowie im Kontext der heimischen Gewässer in der zweiten Klasse behandelt werden.

Ebenso sollen in der dritten Klasse der Bereich des Ökosystems Boden und landwirtschaftlich

genutzter Flächen und in der vierten Klasse zum Begriff Stadtökologie als Kontexte gewählt

werden (vgl. BMB- Bundesministerium für Bildung 2004c, S. 3–4).

Im Lehrplan für Chemie ist im Lehrinhalt der vierten Klasse Folgendes im Teilbereich

„Rohstoffquellen und ihre verantwortungsbewusste Nutzung“zu finden:

„Erkennen von Luft, Wasser und Boden als Rohstoffquelle einerseits und schützenswerte Lebensgrundlage andererseits. […] Wissen um die Bedeutung,

Gewinnung und Verarbeitung fossiler Rohstoffe. […] Prinzipielles Verstehen von Umweltproblemen als Störung natürlicher Systeme. Erwerb von chemischen Grundkenntnissen in praxisrelevanten Gebieten wie […] Energiequellen und Energieversorgung, […]“ (BMB- Bundesministerium für Bildung 2004d, S. 3).

Im Lehrplan für das Fach Geographie und Wirtschaftskunde ist zu finden, dass in der ersten

Klasse vermittelt werden soll, dass die Nutzung von Rohstoffen und Energieträgern oft die

Umwelt belastet (vgl. BMB- Bundesministerium für Bildung 2004e, S. 3).

Ein Hinweis, das Thema Klima und Klimawandel in dem Fach Physik einzubinden findet sich

in der dritten Klasse als Teil der Wärmelehre. Im Lehrplan ist Folgendes zu finden: „Einsichten

in globale und lokale Wettervorgänge und Klimaerscheinungen gewinnen (Jahreszeit,

Wasserkreislauf auf der Erde, Meeresströmungen, Windsysteme).“ (BMB- Bundesministerium

für Bildung 2004g, S. 4).

2.2.1.2. Oberstufe

An dieser Stelle soll ein Überblick gegeben werden, an welchen Stellen in den Lehrplänen der

AHS- Oberstufe das Thema Klima und Klimawandel Eingang findet.

So ist im Lehrplan für Chemie zu finden, dass Schülerinnen und Schüler in der siebten und

achten Klasse „über grundlegende Kenntnisse von Funktion und Vernetzung natürlicher und

anthropogener Stoffkreisläufe Verantwortung für den nachhaltigen Umgang mit materiellen und

energetischen Ressourcen entwickeln […]“ und „auch den Umgang mit potentiellen Risken [sic]

[…] kennen lernen“ (BMB- Bundesministerium für Bildung 2004a, S. 3) sollen. Dies soll

beispielsweise durch Themen wie fossile Rohstoffe und Energieträger oder Schadstoffe und

Umweltanalytik geschehen (vgl. BMB- Bundesministerium für Bildung 2004a, S. 3).

67

In der fünften und sechsten Klasse soll das Thema Klima im Fach Geographie und

Wirtschaftskunde in Hinsicht auf „landschaftsökologische Zonen der Erde“ erarbeitet werden.

Dabei sollen Schülerinnen und Schüler beispielsweise die Wechselwirkungen zwischen Klima,

Boden, Wasser und Vegetation verstehen, aber auch mit Diagrammen arbeiten, um daraus eine

Klimagliederung der Erde abzuleiten. Das Gebiet "naturräumliche Chancen und Risiken" stellt

ein Lernziel in der siebten Klasse dar. Dabei sollen unter anderem naturräumliche

Voraussetzungen und gesellschaftliches Interesse als Ursachen für ökologische Probleme

erkannt werden (vgl. BMB- Bundesministerium für Bildung 2004b, S. 2–3). In der achten Klasse

nimmt der Klimawandel eine größere Rolle im Unterrichtsfach Geographie und

Wirtschaftskunde ein. So sollen Schülerinnen und Schüler "den globalen Klimawandel in seinen

möglichen Auswirkungen auf Lebenssituationen und Wirtschaft charakterisieren können" sowie:

"lokale Betroffenheit durch globale Probleme erkennen und Verantwortungsbewusstsein für die

gesamte Erde entwickeln" (BMB- Bundesministerium für Bildung 2004b, S. 4).

Im Lehrplan des Unterrichtsfaches „Biologie und Umweltkunde“ ist über den Klimawandel

Folgendes zu finden: „Umweltprobleme und deren Ursachen am Beispiel Klimawandel

diskutieren und Lösungsmöglichkeiten im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung aufzeigen“

(BMB- Bundesministerium für Bildung 2004h, S. 3).

Im Lehrplan für Physik ist der Klimawandel als Lehrstoff indirekt zu finden. Ein Bildungsziel

in der siebten und achten Klasse ist es den Strahlungshaushalt der Erde kennen zu lernen (vgl.

BMB- Bundesministerium für Bildung 2004i, S. 4), wobei dies als perfekter Anknüpfungspunkt

dienen kann, um über den Klimawandel als solches zu sprechen.

Allgemein lässt sich beim Durchforsten der Lehrpläne feststellen, dass das Thema Klima und

Klimawandel zwar nur selten als Lehrstoff explizit genannt wird, allerdings in Hinsicht auf

Umweltbildung doch einen zentralen Punkt in den Bildungszielen einnimmt. Wenn der

Klimawandel als ein Beispiel für Umweltprobleme herangezogen wird, bieten die AHS-

Lehrpläne sowohl in der Unterstufe als auch in der Oberstufe sehr viel Platz für dieses Thema.

Ebenso ist das Thema Klimawandel ein Kontext, der sich sehr gut für fächerübergreifenden

Unterricht anbietet.

68

2.2.2. Schülervorstellungen

Wenn Unterricht vorbereitet werden soll, spielen die Vorstellungen der Schülerinnen und

Schüler eine zentrale Rolle.

Bevor diese in den Unterricht kommen, haben sie bereits tief verankerte Vorstellungen zu den

Begriffen, Phänomenen und Prinzipien, die im Unterricht behandelt werden. Diese

Vorstellungen kommen aus vielfältigen Alltagserfahrungen und stimmen in den meisten Fällen

nicht mit der wissenschaftlichen Ansicht überein (vgl. Duit 2010a, S. 1).Wie viele Lernstudien

zeigen, ist fachspezifisches Vorwissen der wichtigste Faktor, der Lernen und Problemlösen

bestimmt. Aus diesem Grund soll das Vorwissen der Lernenden bei der Unterrichtsplanung

berücksichtigt werden (vgl. Duit 2007, S. 586). Dies sollte im Sinne der didaktischen

Rekonstruktion geschehen. Dabei bilden die Vorstellungen zusammen mit Interessen und

Einstellungen der Schülerinnen und Schüler die Basis für die Unterrichtsplanung (vgl. Duit

2010b, S. 2–3). „Der Unterricht muss also an den Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler

anknüpfen und ihre Eigenaktivitäten fordern und fördern.“ (Duit 2007, S. 581)

Wie sehen die Schülervorstellungen zum Thema Klima und Klimawandel aus? Dazu hat es eine

Reihe von Untersuchungen gegeben. Die Ergebnisse einiger Studien sollen im Anschluss kurz

vorgestellt werden.

In einer Studie aus Indien wurden 268 Schülerinnen und Schüler der 12. Schulstufe unter

anderem zu deren Einstellung zum Klimawandel befragt. Dabei stellte sich heraus, dass 90 %

der Befragten glauben, dass die globale Erwärmung existiert und zurzeit stattfindet. Ebenso

zeigten sich 82 % sehr besorgt oder besorgt über den Klimawandel und 82 % gaben an, ein

hohes Wissen oder zumindest "etwas" über die globale Erwärmung zu wissen. Dabei ergaben

sich keine signifikanten Unterschiede bei den Antworten von männlichen und weiblichen

Befragten (vgl. Chhokar et al. 2012, S. 133–140).

Eine Studie von Andersson und Wallin (2000) wollte herausfinden, welche Vorstellungen

schwedische Schülerinnen und Schüler (zwischen 15-16 Jahren, N=201 für und 18-19 Jahre

N=222) zum Thema Treibhauseffekt haben. Dazu wurden diese aufgefordert, den

Treibhauseffekt in eigenen Worten zu beschreiben.

Dabei haben 10 % der Antworten sich direkt auf den Treibhauseffekt bezogen und 40 % der

jüngeren Schülerinnen und Schüler und 50 % der älteren beschrieben lediglich einen Zuwachs

des Treibhauseffektes. Die restlichen Befragten brachten die Ozonschicht ins Spiel, meinten

der Treibhauseffekt habe keine Auswirkungen oder konnten nicht interpretiert werden. Die

Antworten wurden in Kategorien eingeteilt und Modelle daraus entwickelt (vgl. Andersson

& Wallin 2000, S. 1099–1102). Diese sind in folgender Abbildung dargestellt. Dabei wird in

Modell 1 nur eine Barriere beschrieben, die aus einer nicht näher beschriebenen Substanz oder

69

CO2 besteht. In Modell 2 wird das Bild der Barriere um eine Einstrahlung und bei Modell 3 um

eine Rückstrahlung erweitert. In Modell 4 wird von einfallender und reflektierter Strahlung

mit einer Barriere in der Atmosphäre gesprochen, aber beide Strahlungen haben die gleiche

Stärke was erst im letzten gefundenen Modell 5 ausgebessert wird (vgl. Andersson & Wallin

2000, S. 1107).

Abbildung 29: Modelle zur Beschreibungen des Treibhauseffektes von Schülerinnen und Schülern.(Quelle: Andersson & Wallin 2000, S. 1103)

Genauer gehen hier Koulaidis und Christidou (1999) ein. Diese bildeten aus den Antworten

von 40 griechischen Schülerinnen und Schüler (11-12 Jahre) zum Thema Treibhauseffekt eine

Reihe von Modellen.

Das erste Modell beschreibt, dass Kohlendioxid und/oder Methan von Menschen und aus

natürlichen Quellen in die Atmosphäre eingebracht werden und dort eine Schicht in einer

gewissen Höhe über der Erdoberfläche bilden, die wie das Glas in einem Gewächshaus fungiert.

Das heißt, es lässt Sonnen- und Wärmestrahlung durch und wärmt die Erdoberfläche und die

darüber liegende Atmosphäre auf. Diese Wärme kann aber nicht mehr durch die Gasschicht

entweichen. Dieses Modell wurde von 27,5 % der Befragten beschrieben.

Das nächste Modell beschreibt den Treibhauseffekt folgendermaßen und wurde aus 15 % der

Antworten der Schülerinnen und Schüler gewonnen: Methan und/oder CO2 verschmutzen die

Atmosphäre und formen eine wie im ersten Modell beschriebene Schicht. Diese Schicht ist in

derselben Höhe angesiedelt wie die Ozonschicht. Ultraviolette Strahlung tritt durch die

Ozonlöcher ein und wird in Form von Hitze in der Gasschicht gefangen. Das hat zur Folge, dass

die Temperatur auf der Erde steigt.

Im dritten Modell wird der Treibhauseffekt wieder von Kohlendioxid und Methan ausgelöst.

Diese Gase sind gleichmäßig in der Atmosphäre verteilt und absorbieren die Wärme, die von

der Sonne auf die Erde kommt. Aus diesem Grund kommt die Wärme nicht mehr von der Erde

weg und die Temperatur steigt. Dieses Modell wurde von 12,5 % der Schülerinnen und Schüler

beschrieben.

70

Beim vierten Modell, ebenso von 12,5 % beschrieben, wird der Grund für die Erderwärmung

folgendermaßen erklärt: Durch den Abbau von Ozon kann mehr ultraviolette Strahlung durch

die Ozonlöcher auf die Erde gelangen. Diese Strahlung wird an der Erdoberfläche reflektiert

und anschließend an der Ozonschicht reflektiert, die sich wie ein Glas verhält, das um die Erde

herumreicht. Deswegen bleibt die ultraviolette Strahlung nahe an der Erdoberfläche, was eine

Erwärmung dieser nach sich zieht.

Das nächste Modell besagt, dass der Teil der Sonnenstrahlung, der nicht vom Ozon gefiltert

wird (der ultraviolette Teil wird gefiltert), auf die Erdoberfläche gelangt wo die Strahlen

reflektiert oder an der Oberfläche gestreut werden. Die reflektierten Strahlen erreichen die

Ozonschicht, wo sie erneut reflektiert werden. Die Ozonschicht blockt also die gefährliche

Ultraviolettstrahlung ab und fängt die Sonnenstrahlung ein, was zur Erwärmung führt. Auf

dieses Modell konnte aus 7,5 % der Antworten geschlossen werden.

Das letzte Modell wurde von 37,5 % der Schülerinnen und Schüler beschrieben. Dabei wird der

Treibhauseffekt als eine Form von Luftverschmutzung beschrieben. Verschiedene Gase

(hauptsächlich Kohlendioxid, Methan und FCKWs) werden durch den Menschen in die

Atmosphäre eingebracht und verschmutzen die Atmosphäre, wobei Sauerstoff zerstört oder

durch Smog verschmutzt wird, was Auswirkungen auf Menschen, Tiere und Pflanzen hat.

Allgemein wird beschrieben, dass die Verschmutzung das Klima erwärme, die Luft schlecht

rieche, das Wetter sich unvorhersagbar verändere und dass seltsame klimatische Phänomene,

wie etwa schwere Stürme und Überflutungen, eintreten würden (vgl. Koulaidis & Christidou

1999, S. 559–568).

Einen möglichen Grund, warum die Fehlvorstellung, die Ozonlöcher in die Erklärung des

Treibhauseffektes einzubauen, glaubt Niebert (2010) in der sprachlichen Nähe der Begriffe

"Treibgas" und "Treibhausgas" zu finden. In einem Fall sind beispielsweise FCKW in

Sprühdosen und im anderen Fall Gase wie Kohlendioxid, Methan oder Ähnliches gemeint.

Einen Ausweg könnte die Verwendung des Begriffs "klimawirksame Gase" statt

"Treibhausgase" bieten (vgl. Niebert 2010, S. 49–50).

71

Abbildung 30: Darstellung der oben beschriebenen Modelle, wobei das erste Modell (Glashausmodell) nicht abgebildet wird. Alle andern werden in der Reihenfolge wie oben darstellt. (Quelle: Vgl. Koulaidis & Christidou 1999, S. 565–567)

Ähnliche Modelle wurden auch von Shepardson et al. (2011) gefunden. In einer Studie wurden

225 Schülerinnen und Schüler (12-13 Jahre) in den USA nach Skizzen und Erklärungen zum

Treibhauseffekt gefragt. Interessanterweise wurde hier besonders häufig (29 %) der Treib-

hauseffekt mit dem Wachsen von Pflanzen gleich gesetzt, was sich im Anfertigen von Skizzen

von Gewächshäusern zeigte (vgl. Shepardson et al. 2011a, S. 5–12).

In einer qualitativen Studie aus den USA aus dem Jahr 2011 wurden 51 Schülerinnen und

Schüler zu den Vorstellungen zum Thema Treibhauseffekt, globale Erwärmung und Klima-

wandel befragt.

72

Die Ergebnisse der Untersuchung waren, ähnlich wie in zahlreichen anderen Studien, dass die

Schülerinnen und Schüler Schwierigkeiten haben, den Treibhauseffekt und die Strahlung, die

zur Beschreibung des Treibhauseffektes benötigt werden, genau zu beschreiben. Die Befragten

gaben an, dass die globale Erwärmung durch Treibhausgase, wie etwa CO2 oder allgemein

durch Luftverschmutzung ausgelöst wird. Eine Vorstellung war, dass CO2 oder die Treib-

hausgase allgemein eine Schicht in der Atmosphäre bilden, die Sonnenenergie einfängt und

reflektiert.

Ein weiteres Ergebnis der Untersuchung war, dass viele Schülerinnen und Schüler nicht

glauben, dass der Klimawandel einen Einfluss auf die Bevölkerung oder Gesellschaft hat. Die

Befragten meinten dazu, dass die Menschheit neue Technologien entwickeln wird oder Wege

gefunden werden, um sich an die Folgen des Klimawandels anzupassen.

Einige Jugendliche glauben allerdings schon, dass die Erderwärmung schwerwiegende Folgen

auf den Menschen und seine Umwelt haben wird (Überflutungen, Hitzewellen und Dürren).

Sehr einstimmig wurde der Zusammenhang zwischen einem Anstieg an atmosphärischem

Kohlendioxid und Verkehr sowie Fabriken hergestellt. Des Weiteren wurde von den

Schülerinnen und Schülern ein Zusammenhang zwischen Klimawandel und steigenden

Temperaturen sowie höheren Niederschlagsmengen festgehalten. Ebenso wurden ein Anstieg

des Meeresspiegels, wegen dem Abschmelzen der Polkappen und dem zunehmenden

Niederschlag, sowie einer Temperaturzunahme der Ozeane beschrieben.

Ganz im Gegensatz zu vielen anderen Studien wurde in dieser von den Schülerinnen und

Schülern kein Zusammenhang zwischen dem Ozonloch und der Erderwärmung hergestellt,

was Shepardson et al. (2011b) darauf zurückführen, dass die Jugendlichen mehr über den

Unterschied unterrichtet werden.

Shepardson et al. (2011b) behaupten, die Schülervorstellungen seien den Erkenntnissen des

IPCC sehr ähnlich, allerdings viel weniger komplex. Ebenso hätten diese ein sehr einfaches

Konzept von dem Klimasystem der Erde (vgl. Shepardson et al. 2011b, S. 481–498).

Eine Studie aus der Türkei aus dem Jahr 2008 ergab unter anderem, dass interessanterweise

ein Teil der Schülerinnen und Schüler (15-16 Jahre) glauben, dass ein Zusammenhang

zwischen einem häufigeren Auftreten von Erdbeben und dem Klimawandel besteht. Ebenso

wurde die globale Erderwärmung mit Herzproblemen, verunreinigtem Trinkwasser oder

einem häufigeren Auftreten von Hautkrebs in Verbindung gebracht.

Bei der Frage nach den Ursachen der globalen Erwärmung, wurde ein Mechanismus

beschrieben, bei dem Sonnenstrahlen in der Erdatmosphäre eingefangen werden. Ebenso

wurde erklärt, dass zu viele Sonnenstrahlen in die Atmosphäre eindringen oder, dass

Ozonlöcher der Sonnenstrahlung erlauben in die Atmosphäre einzudringen.

73

Bei der Frage nach den Informationsquellen, wurde am häufigsten die Schule genannt, gefolgt

vom Fernsehen. Zeitungen und das Internet spielten hier eine eher kleinere Rolle (vgl. Kilinc

et al. 2008, S. 89–93).

Bei einer griechischen Studie aus dem Jahr 2011 wurden 626 Schülerinnen und Schüler im

Alter zwischen 13 und 17 Jahren (in zwei Altersgruppen geteilt) nach den Gründen des

Treibhauseffektes und dessen Folgen sowie nach Möglichkeiten die Probleme der derzeitigen

Klimasituation zu lösen gefragt. Dabei ergaben sich ähnliche Ergebnisse wie in der Literatur

mehrfach beschrieben. Neben all diesen bekannten Schülervorstellungen ergab diese Studie,

dass die fehlerhaften Vorstellungen der Befragten mit einem steigenden Wissenstand

zunahmen, obwohl eine Verbesserung des Wissensstandes insgesamt sehr wohl feststellbar

war. Auch in dieser Studie wurde nach den Informationsquellen gefragt und im Gegensatz zu

anderen Studien (siehe Kilinc, Stanisstreet & Boyes 2008) wurde hier das Fernsehen an erster

Stelle genannt (vgl. Liarakou et al. 2011, S. 82–94).

Niebert (2010) erhob die Vorstellungen von 16 Schülerinnen und Schülern in einer

Interviewstudie. Neben den bekannten Vorstellungen fand Niebert heraus, dass die Befragten

den CO2-Ausstoß hauptsächlich auf die Nutzung fossiler Energieträger zurückführen und die

natürlichen Prozesse, die einen Ausstoß von Kohlendioxid verursachen, werden nicht genannt.

Ebenso wurde die Vorstellung, dass die Verbrennung von nachwachsenden Rohstoffen, wie

etwa Holz oder Biodiesel kein CO2 freisetzt, gefunden (vgl. Niebert 2010, S. 43–49).

Die Untersuchung von Schuler (2009) wollte wissen was Schülerinnen und Schüler über die

Verwundbarkeit der Menschen aufgrund des Klimawandels denken. Dazu wurden Interviews

mit 25 Schülerinnen und Schülern im Alter von 18 und 19 Jahren durchgeführt, die zuvor noch

keinen Unterricht zum Thema Bedrohung und Verwundbarkeit verschiedener Bevölkerungs-

gruppen durch die Klimaänderung gehabt haben. Das Thema anthropogener Klimawandel war

allerdings zuvor schon Teil des Unterrichts. Bei der Frage nach der Stärke der Betroffenheit,

zeigte sich, dass zwei Drittel der Befragten glaubten, dass Menschen aus afrikanischen Ländern

stark vom Klimawandel betroffen sind, während die Menschen in Deutschland nur mittelstark

betroffen sind. Bei der Frage nach der eigenen Betroffenheit gaben mehr als ein Drittel der

Befragten an, dass sie nur gering betroffen sind. Schuler behauptet, dass die Schülerinnen und

Schüler die Situation zwar allgemein als besorgniserregend bewerten, dem Klimawandel

allerdings sehr gelassen entgegen blicken und glaubten, dass die Folgen erst in ferner Zukunft

auftreten werden und insgesamt weniger gravierend ausfallen werden als in anderen Teilen

der Erde. Die Vorstellungen der Befragten bezüglich der Folgen seien vor allem Hochwasser

oder Überflutungen oder höhere Temperaturen, die allerdings als nicht problematisch

eingestuft wurden. Nur wenige nannten in diesem Zusammenhang eine Zunahme von

74

Extremwetterereignissen oder von Gesundheitsrisiken, wobei hier, die aus der Literatur

bekannte Fehlvorstellung der Zunahme von Hautkrebs genannt wurde und nicht an die Folgen

von Hitzewellen gedacht wurde. Ein Teil der Schülerinnen und Schüler geht auch auf

wirtschaftliche Folgen ein, diese wurden allerdings als belanglos eingeschätzt und spielen eine

geringe Rolle in den Vorstellungen der Befragten.

Neben der Frage nach der Verwundbarkeit von Menschen in Deutschland wurde auch nach der

Verwundbarkeit von Menschen in afrikanischen Ländern gefragt. Dabei ergab sich, dass die

Schülerinnen und Schüler vor allem Begriffe wie Schwierigkeiten in der Wasser- und

Nahrungsversorgung, sowie Ausbreitung der Wüstengebiete nannten. Wieder wurden

Gesundheitsrisiken und Krankheiten nur selten als mögliche Auswirkung des Klimawandels

genannt und auf gesellschaftspolitische Aspekte wurde nie eingegangen. Ein Drittel der

Schülerinnen und Schüler dachten bei der Betroffenheit von Menschen in afrikanischen

Ländern hauptsächlich an Naturgefahren oder ungünstige naturräumliche Bedingungen und

gingen nicht auf die sozioökonomische Situation der Menschen ein. Etwa ein Viertel der

Befragten schätzte die Betroffenheit der Menschen in afrikanischen Ländern als mittelstark ein

und begründet dies mit der Vorstellung, dass der Treibhauseffekt dort weniger stark

ausgeprägt sei (vgl. Schuler 20091-3 u. 22-24).

Gegenteilig behaupten Schreiner et al. (2005) in ihrer Zusammenfassung zum Thema "Climate

Education", dass viele Jugendliche keine großen Hoffnungen für die Zukunft sehen und ihre

Möglichkeiten die globale Entwicklung zu beeinflussen als eher gering einschätzen. Trotzdem

empfänden sie den Schutz der Umwelt als wichtiges Ziel der Gesellschaft. Das Interesse, mehr

über den Klimawandel zu lernen, stelle sich allerdings als mäßig heraus (vgl. Schreiner et al.

2005, S. 36).

Zusammenfassend lässt sich festhalten:

“Although students have some of the important scientific understanding of climate in place, there are some common misunderstandings, some alternative conceptions and some 'missing links' in the conceptual understanding that are found across age groups and in several countries.” (Schreiner et al. 2005, S. 42)

75

2.2.3. Abbildungen in Schulbüchern

Woher können die oben genannten Schülervorstellungen kommen?

In einer Studie von Choi et al. (2010) wurden sieben amerikanische Schulbücher, aus den

Fächern "earth and environmental science" unter anderem nach Verbindungen zu bekannten

Schülervorstellungen untersucht. Dabei ergab sich, dass die untersuchten Schulbücher

durchaus eine wissenschaftliche Basis zum Thema Klima und Klimawandel beinhalteten,

allerdings zeigten sich teilweise große Lücken, wenn es um das Thema Strahlungshaushalt und

um die Frage wie eine Erwärmung daraus entstehen könnte, ging. Ebenso wurde in

Schulbüchern nicht darauf eingegangen, wie Strahlung in der Atmosphäre selektiv absorbiert

wird und es wurde teilweise nicht darauf klar dargestellt, dass Treibhausgase sich gleichmäßig

in der Atmosphäre verteilen, was durch Abbildungen einer dünnen Schicht in der Atmosphäre

die bekannten Schülervorstellungen noch bestätigten.

In keinem der untersuchten Schulbücher wurde das Verhältnis zwischen Umwelt-

verschmutzung und Treibhauseffekt bzw. Klimawandel klar herausgearbeitet.

Ein einziges Schulbuch ist darauf eingegangen, wie das Klima auf eine geänderte

Sonnenaktivität reagiert. Dabei ist es eine häufige Schülervorstellung, dass mehr Strahlung auf

die Erde trifft, was wiederum zu einer Erwärmung führt.

Ebenso ist in einigen Schulbüchern keine Unterscheidung zwischen Klimawandel und dem

Abbau der Ozonschicht gemacht worden. Nur ein Buch ging auf das Verhältnis zwischen

fossilen Energieträgern und CO2-Konzentration ein und kaum ein Schulbücher wies darauf hin,

dass es bei einer globalen Erderwärmung durchaus zu regionalen Unterschieden kommen

kann (vgl. Choi et al. 2010, S. 891–897). Shepardson et al. (2011b) meinen, die fehlerhaften

Darstellungen des Treibhauseffektes, wie von einigen Schülerinnen und Schülern beschrieben

(siehe Kapitel 2.2.2), sei einigen Abbildungen in Schulbüchern verschuldet. Diese würden

Fehlvorstellungen von einigen Schülerinnen und Schüler bestätigen. Solche Abbildungen sind

beispielsweise jene, die eine Schicht aus Treibhausgasen über der Erdoberfläche abbilden und

darstellen, wie Sonnenstrahlen zwischen Treibhausgasschicht und Erdoberfläche reflektiert

werden. Ebenso behaupten Shepardson et al. (2011b), durch Abbildungen von Fabriken mit

aufsteigenden Rauchwolken werden Vorstellungen gebildet oder bestärkt, dass Treibhausgase

und Luftverschmutzung gleichzusetzen seien. Diese Aussage von Shepardson et al. (2011b)

wird dabei durch die Skizzen bestätigt, die Schülerinnen und Schüler im Rahmen ihrer

Untersuchung zu Schülervorstellungen zum Treibhauseffekt anfertigten (vgl. Shepardson et al.

2011b, S. 495).

Zur Analogie vieler Schulbücher den Treibhauseffekt mit einer dünnen Gasschicht zu

beschreiben, geben Choi et al. (2010) folgenden Hinweis: „If the textbooks do not clarify the

76

limitations of this analogy, the misconception that a single layer of gas or dust is responsible for

the greenhouse effect […] may be reinforced.“ (Choi et al. 2010, S. 897).

Wie sehen aber die Abbildungen des Treibhauseffektes in österreichischen Schulbüchern aus?

Dazu wurden für diese Arbeit eine Auswahl an Schulbüchern für die Fächer Geographie und

Wirtschaftskunde sowie Physik betrachtet und auf Abbildungen geachtet, die die vorhandenen

Schülervorstellungen bestätigen5. Die Ergebnisse sollen an dieser Stelle zusammengefasst

werden.

Sehr häufig ist zu beobachten, dass ein Glashaus als Analogie für den Treibhauseffekt

verwendet wird, was wahrscheinlich der sprachlichen Nähe von Treibhauseffekt und

Treibhaus, also dem Gewächshaus, verschuldet sein könnte. Da beide Wirkungsmechanismen

sich auch zum Teil ähnlich sind, ist diese Analogie auch angebracht. Das Problem hierbei ist,

dass Schülerinnen und Schüler die Fehlvorstellung bilden oder bestätigt bekommen könnten,

dass Treibhausgase sich auch wie eine Schicht in der Atmosphäre ansammeln, weil sie diese

mit den Glasfenstern gleichsetzen könnten.

(Quelle: Fürnstahl & Wolfbauer 2016, S. 56)

(Quelle: Duenbostl et al. 2007, S. 19) (Quelle: Lackner & Renauer 2004, S. 36)

Abbildung 31: Häufig werden Gewächshäuser als Analogie für den Treibhauseffekt verwendet

5 Es wurden Schulbücher aus verschiedenen Jahren, bzw. auch verschiedene Auflagen desselben Buches betrachtet und es wurden sowohl Schulbücher der Oberstufe als auch der Unterstufe gleichermaßen herangezogen.

77

Abbildung 32: in diesen beiden Bildern werden drei Schülervorstellungen bestätigt.(Quelle: Reitinger et al. 2009, S. 49)

In den obigen Abbildungen werden gleich drei Schülervorstellungen vereint. Zum einen die

Gewächshaus- Vorstellung, zum anderen die Vorstellung, dass sich Treibhausgase in einer

Schicht um die Erde ansammeln. Die dritte Vorstellung, die mit diesen Abbildungen bestätigt

wird, ist die, dass Abgase mit Treibhausgasen gleich zu setzen seien. Die letzten beiden

Vorstellungen werden auch in anderen Abbildungen aufgenommen. Eine Auswahl solcher

Abbildungen soll im Folgenden zusammengefasst werden.

Tabelle 7: Abbildungen aus Schulbüchern zum Thema Treibhauseffekt.

(Quelle: Albrecht 2006, S. 17)

Im Physikbuch der dritten Klasse von Albrecht (2006) wird dargestellt, dass sich Treibhaus-gase in einer Schicht über der Erdoberfläche ansammeln.

78

Ausschnitt aus: (Quelle: Fürböck & Putz 2016a, S. 59)

Auch in dieser Abbildung aus dem Physikschulbuch von Fürböck und Putz (2016a) für die dritte Klasse (7.Schulstufe) wird wieder eine Schicht aus Treibhausgasen in der Atmosphäre abgebildet.

(Quelle: Gruber & Rupp 2006, S. 110)

Im Schulbuch von Gruber und Rupp (2006) wird eine mehrfache Reflexion von Wärmestrahlen zwischen Erdoberfläche und einer Schicht in der Atmosphäre dar-gestellt.

(Quelle: Duenbostl et al. 2000, S. 27)

Im Schulbuch von Duenbostl et al. (2000) wird eine Schicht aus Gasen dargestellt, die aus Verbrennungsprozessen entstehen (Kohlendioxid wird genannt). Diese Gase sammeln sich in einer Schicht über der Erdoberfläche an und hindern die Wärmestrahlung am Verlassen der Atmosphäre, was zu einer Erwärmung führt.

79

(Quelle: Fürböck & Putz 2016b, S. 149)

In dieser Abbildung werden Abgase von Autos und Häusern abgebildet, die sich in einer dünnen Schicht sammeln und die Strahlung von der Erdoberfläche teilweise reflektieren.

Allen Abbildungen gemeinsam ist, dass zwischen Sonnen- und Wärmestrahlung von der Erde

unterschieden wird. Dies geschieht entweder durch unterschiedliche Farben, Formen oder

Beschriftung, was den gängigen Schülervorstellungen, dass Sonnenstrahlen von der Erd-

oberfläche reflektiert werden (Siehe Kapitel 2.2.2), entgegenwirken sollte. Ein Problem bei

allen Abbildungen ist allerdings, dass Wärmestrahlen an einer Schicht aus Treibhausgasen

(oder in machen Abbildungen auch Abgasen) reflektiert werden.

Ein weiteres Fehlkonzept von Schülerinnen und Schülern ist die Vermischung von Ozonloch

und Treibhauseffekt (siehe Kapitel 2.2.2). Dies könnte durch Abbildungen wie die folgende aus

einem alten Geographie Schulbuch von Raab und Reiter (1992) für die vierte Klasse (8

Schulstufe) mit der Überschrift „globale Umweltprobleme“ bestärkt werden. Dabei werden

mehrere Phänomene in einer Abbildung dargestellt. Zum einen ist die Ozonschicht mit einem

Loch zu sehen, durch das zum Teil kurzwellige UV-Strahlung ungehindert auf die Erdober-

fläche gelangt, zum anderen wird der Treibhauseffekt abgebildet. Dabei wird dieser durch das

Ausstoßen von Abgasen aus Fabriken dargestellt, was wie oben schon geschildert einer

bekannten Schülervorstellung entspricht. Sehr klein wird auch eine Rückstrahlung von der

Erdoberfläche von rotem, gelbem und grünem Licht dargestellt. Als drittes Phänomen wird in

dieser Abbildung noch der saure Regen abgebildet.

80

Abbildung 33: Darstellung von globalen Umweltproblemen aus einem alten Schulbuch.(Quelle: Raab & Reiter 1992, S. 81)

Obwohl dies die einzige Abbildung ist, in welcher der Treibhauseffekt und das Ozonloch

gemeinsam abgebildet sind, hält sich die Schülervorstellung, dass das Ozonloch in die

Beschreibung des Treibhauseffektes einzubauen sei, äußerst hartnäckig.

Neben all den Abbildungen, die fehlerhafte Schülervorstellungen bestätigen, gibt es auch

welche, die versuchen, bekannten Fehlvorstellungen entgegenzuwirken.

Tabelle 8: Gelungene Darstellungen des Treibhauseffektes

(Quelle: Apolin 2014, S. 50)

In einem Vorbereitungsbuch für die Physik-Matura von Apolin (2014) ist folgende kleine Ab-bildung zu finden. Dabei wird der Treibhauseffekt so dargestellt, dass Teilchen in der Atmosphäre die Wärmestrahlung der Erde aufnehmen und in alle Richtungen abgeben.

81

(Quelle: Dorn & Bader 2003, S. 187–188)

Diese Abbildung aus dem Schulbuch für die Oberstufe (5. und 6. Klasse; 9. und 10. Schulstufe) von Bader & Dorn (2003) stellt die Strahlungsbilanz der Erde dar.

(Quelle: Ebel et al. 2013, S. 9)

Etwas detaillierter ist die Strahlung bzw. Energiebilanz in einem Sonderheft zum Thema Ökologie für den Unterricht dar-gestellt, wobei sich die Prozent-zahlen auf die Einstrahlung-senergie beziehen.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass es immer noch eine Vielzahl von Ab-

bildungen gibt, die fehlerhafte Schülervorstellungen durch die verwendeten Analogien

bestätigen können. Choi et al. (2010) weisen darauf hin, dass einfache Analogien zwar

pädagogisch durchaus sinnvoll und wünschenswert seien, aber ohne genaue Beschreibung und

Hinweise die Schülerinnen und Schüler daran hindern, richtige Konzepte zu entwickeln (vgl.

Choi et al. 2010, S. 897). An dieser Stelle sind neben den Schulbüchern auch die Lehrerinnen

und Lehrer gefragt, um die Schülerinnen und Schüler darauf hinzuweisen.

82

2.2.4. Interesse und Einstellungen der Schülerinnen und

Schüler zum Thema Klima und Klimawandel

Neben den Schülervorstellungen bildet das Interesse einen wichtigen Faktor, der von den

Schülerinnen und Schüler mitgebracht wird und in der didaktischen Rekonstruktion (vgl. Duit

2010b) und damit in die Planung von Unterricht einfließen sollte. Wie sieht es also mit dem

Interesse der Schülerinnen und Schüler am Thema Klima und Klimawandel aus? Welche

Kontexte sind besonders interessant für Jugendliche?

Auf eine Begriffsbildung des psychologischen Konzepts „Interesse“ soll an dieser Stelle

verzichtet werden. Zum Thema Interesse im naturwissenschaftlichen Unterricht hat es zwei

wichtige Studien gegeben, die Kieler IPN-Interessenstudie und die ROSE-Studie. Die

Ergebnisse im Hinblick auf das Thema Umweltbewusstsein beziehungsweise Klima und

Klimawandel sollen im Folgenden kurz vorgestellt werden.

Die Kieler IPN6-Interessenstudie wurde im Zeitraum von 1984-1989 in Deutschland

durchgeführt und befragte dabei mittels Fragebögen insgesamt 8000 Schülerinnen und

Schüler aus der 5. bis 10. Schulstufe über den gesamten Zeitraum. Dabei wurde nach dem

Sachinteresse an Physik gefragt, das heißt beispielsweise nach dem Interesse an den Gebieten

in denen die Physik agiert. Neben dem Sachinteresse wurde auch nach dem Interesse am

Unterrichtsfach Physik gefragt.

Die Ergebnisse waren, dass das Interesse der weiblichen Befragten am Unterrichtsfach im

Laufe der Sekundarstufe I relativ stark nachlässt, wohingegen das Interesse der Schüler

annähernd gleich bleibt, wie in Abbildung 34 zu sehen ist.

Was das Sachinteresse angeht, zeigte sich, dass der Kontext, in den der physikalische Inhalt

einbettet wird, der wichtigste Faktor für das Interesse an der Physik darstellt.

So wird das Interesse von den Schülerinnen und Schüler gesteigert, wenn Kontexte gewählt

werden, die eine gesellschaftliche Bedeutung der Physik darstellen oder jene Kontexte ver-

wendet werden, die an das alltägliche Leben oder Erfahrungen der Schülerinnen und Schüler

anknüpfen.

Ein besonders wichtiges Ergebnis der Studie war, dass die Wahrnehmung der Schülerinnen

und Schüler darüber, welche Kontexte im Unterricht tatsächlich vorkommen, nicht mit deren

Interesse zusammenpasst (siehe Abbildung 35). Das heißt, bei der Frage, welche Kontexte nach

der Meinung der Schülerinnen und Schüler besonders häufig gewählt werden, geben diese

genau diejenigen an, die sie vorher als eher uninteressant bezeichnet haben.

6 IPN- Institut für Pädagogik in Naturwissenschaften und Mathematik

83

Ebenso wurde das Selbstvertrauen in die eigene Leistungsfähigkeit als entscheidender Faktor

bestimmt, der das Fachinteresse beeinflusst. Das Selbstvertrauen der Schülerinnen ist

allgemein geringer einzuschätzen als bei den Schülern. Diese Differenz nimmt im Laufe der

Schulzeit sogar noch weiter zu, was auch die Unterschiede im Interesse zwischen den beiden

Geschlechtern erklärt (vgl. Häußler & Hoffmann 1995, S. 108–115; Häußler & Hoffmann 1998,

S. 53–55).

Abbildung 34: Das Interesse am Unterrichtfach Physik im Laufe der Schulzeit, wobei Klasse hier mit Schulstufe übersetzt werden muss. (Quelle: Häußler & Hoffmann 1995, S. 112)

Abbildung 35: Mit einer 5-teiligen Skala (nullzentrierter Mittelwert) wurde nach Interesse an den jeweiligen Kontexten gefragt. Ebenso wurde gefragt wie das Unterrichtsangebot von den Schülerinnen und Schülern wahrgenommen wird. Dies wurde verglichen mit jenen Kontexten, die sich bei Befragungen als gesellschaftlich bedeutend herausgestellt haben.(Häußler & Hoffmann 1998, S. 54)

Aus dieser Studie kann beispielsweise abgeleitet werden, dass eine Änderung des Unterrichts

dahingehend, dass Kontexte mit gesellschaftlicher Bedeutung gewählt werden, das Interesse

von beiden Geschlechtern näher zusammen bringen könnte.

84

Dabei meinen allerdings Häußler et al. (1996), dass die Behandlung gesellschaftlich

bedeutsamer Kontexte sich nur darauf beschränken sollten, wo diese sich auch anbieten, um

alle Jugendlichen gleichermaßen anzusprechen. Dazu geben sie beispielsweise Themen wie

Energieversorgung und Umweltbelastung an (vgl. Häußler et al. 1996, S. 67).

Um genauere Aussagen zu den oben genannten Kontexten zu tätigen, bietet es sich an, die

ROSE-Studie (the Relevance Of Science Education) näher zu betrachten.

Die internationale ROSE-Studie, an der 40 Länder teilnahmen, hatte das Ziel, mehr über die

Einstellungen, Meinungen und Interessen von Schülerinnen und Schüler im Zusammenhang

mit Naturwissenschaften und Technik herauszufinden. Dies geschah mit Hilfe eines

standardisierten Fragebogens, der von Schülerinnen und Schüler, die im Mittel 15 Jahre alt

waren, ausgefüllt wurde (vgl. Sjøberg & Schreiner 2010, S. 5).

Im Folgenden sollen die Ergebnisse dargestellt werden, die für diese Arbeit von Bedeutung

sind.

Ein Teil der Studie wollte die Einstellung der Jugendlichen zu Umweltthemen erfassen. Dabei

kam heraus, dass diese Themen für alle wichtig sind, allerdings für die weiblichen Befragten

mehr als für die männlichen. Ebenso sind Mädchen eher der Meinung, dass sich die Menschheit

mehr um Umweltschutz bemühen sollte und glauben, dass sie persönlich Einfluss darauf

hätten, was mit der Umwelt geschieht und dass jede einzelne Person etwas dazu beitragen

könne. Dahingegen vertrauen die männlichen Befragten tendenziell eher Expertinnen und

Experten zu, Umweltprobleme zu lösen und finden Umweltprobleme allgemein eher

übertrieben dargestellt. Ebenso finden sie, dass Wissenschaft und Technik alle Probleme lösen

werden (vgl. Sjøberg & Schreiner 2010, S. 21).

85

Abbildung 36: Einstellungen der Schülerinnen und Schüler in Bezug auf Umweltschutz. Aufgetragen wurden die prozentuellen Anteile an Zustimmung der jeweiligen Teilnehmerländer. (Quelle: Sjøberg & Schreiner 2010, S. 22)

Abbildung 37: Wissenschaft und Technik werden alle Umweltprobleme lösen. Aufgetragen wurden die prozentuellen Anteile an Zustimmung der jeweiligen Teilnehmerländer. (Quelle: Sjøberg & Schreiner 2010, S. 23)

In Österreich und Deutschland nahmen im Zuge der ROSE-Studie im Zeitraum von 2004-2006

insgesamt 1247 Schülerinnen und Schüler (621 aus Österreich und 626 aus Deutschland) im

Alter zwischen 14 und 17 Jahren teil. Der Fragebogen war zweigeteilt in Inhalts- und

Kontextdimensionen (vgl. Elster 2007, S. 4).

86

In Deutschland stellte sich heraus, dass Schülerinnen stärker an Naturphänomenen

interessiert sind als Schüler. Beim Thema Mensch und Umwelt zeigt sich, dass beide

Geschlechter gleich interessiert sind (vgl. Holstermann & Bögeholz 2007, S. 75–76).

Abbildung 38: Mittelwerte des Interesses (3 teilige Skala von 0 = nicht interessant bis 3 = sehr interessant), aufgetragen über den jeweiligen Kontexten. (Quelle: Holstermann & Bögeholz 2007, S. 75)

Elster (2007) versucht einen Zusammenhang zur älteren IPN-Interessenstudie herzustellen

und meint, dass gesellschaftsrelevante Kontexte und Gefahren für Mensch und Natur als

interessant eingestuft werden. Sie nennt als Beispiele für diesen Kontext Tornados, Hurrikans

und Epidemien. Fragen zum Umweltschutz seien als weniger interessant eingestuft worden als

früher. Dazu gehören auch Kontexte wie beispielsweise Fragen zum Treibhauseffekt (vgl.

Elster 2007, S. 6–7).

Also zeigt sich, dass es sehr wohl sinnvoll ist, Kontexte, die mit den Umweltproblemen zu tun

haben, in der Schule zu behandeln. Dazu gehören auch der Klimawandel und dessen

Auswirkungen. Besonders wenn die gesellschaftliche Relevanz der Themen in den

Vordergrund gestellt wird, sind diese interessanter für die Schülerinnen und Schüler.

Allerdings ist das Interesse daran generell nicht als allzu hoch einzustufen, vor allem, wenn nur

eine rein wissenschaftliche Sicht darauf dargelegt wird.

87

2.3. „Klimaskeptiker“

Dieses Kapitel soll sich den sogenannten „Klimaskeptikern“ widmen. Dazu werden die

Argumente dieser kurz vorgestellt. Als erstes soll allerdings geklärt werden, was einen

„Klimaskeptiker“ ausmacht und warum die wissenschaftlich fundierten Aussagen von einigen

wenigen skeptisch betrachtet werden oder teilweise sogar komplett abgelehnt werden.

Wenn die Publikationen der letzten Jahre betrachtet werden, kann ein breiter Konsens in der

Wissenschaft über die Tatsache, dass der Mensch für die derzeit stattfindenden Klima-

veränderungen (anthropogener Treibhauseffekt) hauptverantwortlich ist, beobachtet werden.

Dazu haben Cook et al. (2013) insgesamt 11 944 Publikationen (peer-reviewed), die sich mit

dem Thema Klimawandel und globaler Erderwärmung beschäftigen, auf ihre Aussagen zum

anthropogenen Treibhauseffekt hin untersucht.

Dazu wurden die Publikationen in drei Gruppen eingeteilt. Diese erste Gruppe bestand aus

denjenigen, die den menschlichen Einfluss bestätigten, also die Meinung des IPCCs vertraten

(siehe Kapitel 2.1.7). Die zweite Gruppe umfasste jene Publikationen, die zu diesem Thema

keine Position bezogen und die dritte Gruppe beinhaltete die Publikationen, die den

menschlichen Einfluss nicht anerkannten.

Dazu wurden zuerst alle Publikationen betrachtet und es zeigte sich, dass 32,6 % den

menschlichen Einfluss bestätigten, 66,4 % keine Position zu dieser Frage bezogen, nur 0,7 %

den menschlichen Einfluss verneinten und immerhin noch 0,3 % sich unsicher über den Anteil

des Menschen am Treibhauseffektes sind.

Im nächsten Schritt wurden nur diejenigen Publikationen betrachtet, die eine Position zum

anthropogenen Treibhauseffekt vertraten.

Dabei ergab sich, dass in 97,1 % der Publikationen die Verantwortung für den angekurbelten

Treibhauseffekt dem Menschen zugeschrieben wird, wie es auch die Meinung des IPCC ist.

Nur 1,9 % der Publikationen lehnten die Meinung des IPCC ab und beschrieben, dass der

Mensch nur einen geringen Anteil am angekurbelten Treibhauseffekt habe.

In 1 % der untersuchten Publikationen waren sich die Autoren und Autorinnen über den

menschlichen Einfluss unsicher. Dazu wurden von Cook et al. (2013) beispielsweise jene

Publikationen eingeordnet, die behaupten, dass der Einfluss des Menschen noch nicht ganz

geklärt sei.

Den großen Anteil der Publikationen ohne Position zum anthropogenen Treibhauseffekt

führten Cook et al. darauf zurück, dass die Meinung zu diesem in der wissenschaftlichen

Gemeinschaft nicht mehr als kontrovers gilt und sich deswegen viele Autoren und Autorinnen

mit einem anderen Thema beschäftigen (vgl. Cook et al. 2013, S. 3–5).

88

In einer Studie von Boykoff und Boykoff (2004) wurden 636 Presseartikel zum Thema

Klimawandel in namhaften Zeitungen in den USA (New York Times, Los Angeles Times,

Washington Post und Wall Street Journal) über einen Zeitraum von 1988 bis 2002 untersucht.

Dabei wurde das Augenmerk auf Stellungnahmen zum Thema anthropogener Treibhauseffekt

gelegt. Ein Ergebnis war, dass in 52,65 % aller untersuchten Artikel beiden Betrachtungen, also

zum einem jene, dass der Mensch am Klimawandel schuld ist und zum anderen jene, dass nur

natürliche Vorgänge die Klimaveränderungen erklären können, gleich viel Bedeutung

zugesprochen wurde. In 35,29 % wird der anthropogene Treibhauseffekt als Hauptursache für

den Klimawandel betrachtet, aber auch klimaskeptische Überlegungen werden beschrieben

und in 6,18 % wurden hauptsächlich klimaskeptische Argumente verbreitet. Nur 5,88 % der

Zeitungsartikel schreiben dem Menschen eine alleinige Verantwortung für den angekurbelten

Treibhauseffekt zu (vgl. Boykoff & Boykoff 2004, S. 127–129).

Obwohl ein großer Konsens in der wissenschaftlichen Gemeinde herrscht, könnte durch

Informationen diverser Medien der Eindruck entstehen, dass noch große Zweifel an den

Tatsachen, die den Klimawandel betreffen, herrschen. Der Grund dafür sind, nach Rahmstorf,

die sogenannten „Klimaskeptiker“. In weiterer Folge sollen kurz die Stereotypen der

„Klimaskeptiker“ vorgestellt werden, wie diese von Rahmstorf (2004) eingeteilt wurden.

Als erste Gruppe nennt er die Trendskeptiker. Diese Vertreter und Vertreterinnen leugnen den

Erwärmungstrend.

Die zweite Gruppe stellt die Gruppe der Ursachenskeptiker dar. Diese sehen den Grund für den

Klimawandel nicht beim Menschen. Rahmstorf behauptet, dass die große Masse der

Ursachenskeptiker nicht an den Anstieg von anthropogenen CO2 zweifelt, aber an der

Erwärmung, die auf menschliches Verhalten zurückzuführen ist. Als Begründung wird

vorgebracht, dass es natürliche Vorgänge, wie etwa Schwankungen in der Sonnenaktivität, als

Erklärung für die Erwärmung gäbe.

Als letzte Gruppe wird die der Folgenskeptiker angeführt. Diese heben besonders die positiven

Auswirkungen eines Klimawandels hervor (vgl. Rahmstorf 2004, S. 77–79).

Um die große Fülle an Argumenten der „Klimaskeptiker“ zu ordnen wurden sie von Volken

(2010) in sieben Muster eingeordnet.

Das erste Muster vereinigt alle Argumente, die behaupten die Klimaforschung sei ungenau und

unsicher. Volken sagt dazu, dass sehr wohl auf viele Fragen in der Forschung noch keine

ausreichende Antwort gefunden worden sei, diese Unsicherheiten werden aber durch

Bandbreiten und Wahrscheinlichkeiten dargestellt. (wie ausführlich in IPCC 2013b, S. 139–142

dargestellt.) Dabei dürfen diese Unsicherheiten allerdings nicht als Ungenauigkeiten oder

fehlerhafte Angaben gedeutet werden. Beispielsweise wird die Unvorhersagbarkeit von

89

Wetterprognosen als Argument aufgeführt und diese auf Klimaprojektionen umgelegt, was wie

im Kapitel 2.1.1und Kapitel 2.1.10.1 dargestellt nicht zulässig ist.

Im zweiten Muster wurden von Volken jene Argumente zusammengefasst, die sich auf

Fehlinformationen stützen oder sich auf Details konzentrieren und dabei nicht auf den

gesamten Kontext achten. Sie nennt dies Rosinenpickerei und behauptet, dass dieser Vorgang

bewusst oder unbewusst irreführend sei. Verschiedene Klimaparameter dürfen nur über

ausreichend große Zeiträume und auch nur global betrachtet werden, um weitreichende

Schlüsse daraus zu ziehen. So sei ein kalter Winter weder ein Beweis für oder gegen den

Klimawandel.

Das dritte Muster fasst die Aussagen zusammen, dass der Mensch nicht für den Klimawandel

verantwortlich sei. Dabei wird beispielsweise behauptet, dass allein der Anstieg an

Wasserdampf in der Atmosphäre der Auslöser eines angekurbelten Treibhauseffektes sei.

Ebenso wird behauptet, dass die Sonne oder die kosmische Strahlung Gründe für die

Erderwärmung seien. Es ist auch zu beobachten, dass in manchen Argumentationen die

Ursache mit der Wirkung verwechselt wird. So wird behauptet, dass der CO2-Gehalt nur wegen

der steigenden Temperaturen angestiegen ist. Volken hebt hervor, dass diese Argumente

besonders schwer zu widerlegen seien, da sie zu einem Teil physikalisch komplexe

Zusammenhänge betreffen und zum Teil auch richtige Erkenntnisse beinhalten, die allerdings

nicht im richtigen Kontext betrachtet werden (Rosinenpickerei). So ist Wasserdampf durchaus

ein wichtiges Treibhausgas und auch Veränderungen in der Sonnenaktivität haben Einfluss auf

das Klima. Aber wie in Kapitel 2.1.7 dargestellt, lässt sich bei genauer Betrachtung ein

eindeutiger Zusammenhang zwischen den menschlichen Verhalten und der Erderwärmung

herstellen und somit diese Argumente widerlegen.

Das Muster vier ist eine Zusammenfassung von Aussagen, die behaupten, dass der

Klimawandel positive Folgen habe. Im Gegensatz zu anderen Aussagen wird hier der

Klimawandel als Tatsache anerkannt, die Folgen allerdings nur als positiv angesehen. So wird

behauptet, der Klimawandel wird sich positiv auf Land- und Forstwirtschaft auswirken, weil

das CO2 das Wachstum fördere. Ebenso würden durch das Abschmelzen des arktischen

Eisschildes neue Schiffswege frei werden. Allerdings gilt dies nur für eine gemäßigte

Temperaturzunahme. Bei einem Temperaturanstieg darüber hinaus werden allerdings die

negativen Folgen überwiegen, wie zum Beispiel durch Extremwetterereignisse oder

Ähnlichem.

Im nächsten Muster werden von Volken alle Aussagen zusammengefasst, die behaupten, den

Klimawandel habe es schon immer gegeben. Dabei wird die natürliche Variabilität des Klimas

als Ausgangspunkt für klimaskeptische Argumente genommen und behauptet, dass der

derzeitig stattfindende Klimawandel nur Teil einer natürlichen Veränderung sei. Wie im

90

Kapitel 2.1.7 und Kapitel 2.1.9.5 dargestellt, sind die Veränderungen, die derzeit stattfinden,

nicht mit vergangenen in Einklang zu bringen.

Das sechste Muster vereinigt Argumente, die die Sinnhaftigkeit des Klimaschutzes in Frage

stellen. Dabei wird vor allem auf die Kosten eingegangen. Ebenso wird behauptet, dass er

wirkungslos und unnötig sei.

In den Argumenten des siebten Musters wird behauptet, dass der Klimawandel nur politisch

motivierte Panikmache sei. So wird unter anderem behauptet, dass Klimaforscher ihre

Ergebnisse dramatischer darstellen, um höhere Forschungsgelder zu erhalten. Volken weist

aber darauf hin, dass Forschungsgelder nicht aufgrund von Resultaten, sondern wegen der

wissenschaftlichen Qualität vergeben werden (vgl. Volken 2010, S. 2–7).

Eine Auswahl an Aussagen von „Klimaskeptikern“ mit jeweils einer knappen

wissenschaftlichen Widerlegung der Behauptung wurde von der BBC-Online (2007) ver-

öffentlicht. In folgender Tabelle sollen einige der dort aufgelisteten typischen Aussagen

herausgenommen werden.

Tabelle 9: Aussagen von „Klimaskeptikern“ und ein Verweis auf das Kapitel dieser Arbeit, wo die Grundlage für eine Widerlegung dieser Aussage zu finden ist.

Aussage der „Klimaskeptiker“ Kapitel

Instrumente zeigen zwar, dass sich die Erde erwärmt hat, aber das liegt daran, dass die Messstationen sich in Städten und dicht besiedelten Gebieten befinden und der städtische Wärmeinseleffekt darauf wirkt. Deswegen ist die gemessene Erwärmung nicht wirklich vorhanden (vgl. BBC Online 2007).

2.1.8

Die Erde war in der Vergangenheit schon wärmer als heute (vgl. BBC Online 2007). 2.1.9

Computermodelle sind nicht verlässlich. So können diese beispielsweise den Einfluss von Wolken oder die Verteilung von Wasserdampf nicht genau widerspiegeln (vgl. BBC Online 2007).

2.1.10

Das Klima wird hauptsächlich durch die Sonne beeinflusst. Die Klimavergangenheit hat gezeigt, dass das Klima immer von den Sonnenzyklen beeinflusst wurde und die beobachtete Erwärmung kann auf die Variabilität der Sonne zurückgeführt werden (vgl. BBC Online 2007).

2.1.7 und 2.1.9

Der Anstieg von Kohlendioxid ist eine Folge des Temperaturanstieges. Dies kann aus Eisbohrkernen abgelesen werden. Dabei ist zu sehen, dass sowohl die Temperatur als auch das CO2 ungefähr alle 100 000 Jahre zyklisch angestiegen ist. Allerdings war der Anstieg der CO2-Konzentration immer erst nach dem Anstieg der Temperatur zu beobachten, weil CO2 wegen der erhöhten Temperaturen aus den Ozeanen freigesetzt wurde (vgl. BBC Online 2007).

2.1.9

91

Wasserdampf ist das häufigste Treibhausgas und CO2 ist relativ unbedeutend. Wasserdampf ist zu 98 % für die Erwärmung verantwortlich, also haben Änderungen in den Konzentrationen von CO2 oder anderen Treibhausgasen fast keine Auswirkung. (vgl. BBC Online 2007)

2.1.2.1, 2.1.6 und

2.1.7

92

3. Empirischer Teil

3.1. Untersuchungsdesign

3.1.1. Fragebogen

Als Untersuchungsmethode wurde ein zweiteiliger Fragebogen gewählt. Dieser ist mit allen

Fragen im Anhang zu finden.

Im ersten Teil des Fragebogens wurde eine Auswahl an häufig gestellten Fragen zum Thema

Klima und Klimawandel verwendet, um einen Eindruck über das Fachwissen und den

Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler zu dem Thema zu erhalten. Diese bildeten einen

Block aus offenen Fragen, um den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit zu geben, ohne

Beeinflussung antworten zu können.

Die Fragen wurden zum Teil aus den Assessment Reports des IPCC (2007; 2013a) und aus dem

Informationsportal Klimawandel der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik ent-

nommen.

Ein Großteil der Fragen wurde direkt übernommen, einige wurden hinsichtlich einer

adressatengerechten Sprache abgeändert.

Der zweite Teil des Fragebogens besteht zum überwiegenden Teil aus geschlossenen Fragen.

Die Items beinhalten eine Likert-Skala zur Beantwortung. Dabei handelt es sich um eine

fünfteilige Skala, die von 1 „trifft voll und ganz zu“ absteigend bis 5 „trifft ganz und gar nicht

zu“ sowie einer sechsten Wahlmöglichkeit „keine Angabe möglich“ reicht.

In diesem Teil soll das persönliche Verhältnis zum Thema Klima und Klimawandel, der Umgang

damit im Schulalltag und das Interesse der Schülerinnen und Schüler erfasst werden. Ebenso

wurde nach einer Einschätzung zum Wissen über das Thema Klima und Klimawandel gefragt,

sowie nach den Informationsquellen der Befragten.

3.1.2. Stichprobe

Dieser Fragebogen wurde im Zeitraum von 19.4.2016 bis 18.5.2016 von Jugendlichen aus zwei

Grazer Schulen und einer Schule in Leibnitz mit drei Schulschwerpunkten ausgefüllt. Die

Schulschwerpunkte waren zum einem ein naturwissenschaftlicher (N = 7), ein sprachlicher

(N = 21) und ein DG-Schwerpunkt (N = 5) (ohne Schulschwerpunkts Zuordnung (N = 1)). Die

93

Befragung richtete sich an Jugendliche der siebten und achten Klasse (13.und 14. Schulstufe)

AHS im Alter zwischen 16 und 19 Jahren (Modalwert = 17). Die Stichprobe beträgt 34

Schülerinnen und Schüler, wobei sich ein ausgeglichenes Geschlechterverhältnis von 17 zu 17

ergab.

94

3.2. Auswertungsverfahren und Forschungsfragen

Die ausschließlich offenen Fragen des ersten Teils wurden gesondert untersucht und die

Antworten der Schülerinnen und Schüler in Kategorien eingeteilt. Dabei wurde vorgegangen

wie in (Hammann & Jördens 2014, S. 170–174) dargestellt. Die Kategorien wurden erst nach

der Erhebung gebildet, mit Blick auf bereits aus der Literatur bekannten Schülervorstellungen.

Daher wurde eine Mischung aus induktiv und deduktiv gewonnenen Kategorien verwendet.

Bei der Zuordnung der Antworten in die jeweiligen Kategorien war es auch möglich, dass eine

Antwort mehreren Kategorien zugeordnet werden konnte.

Die statistische Auswertung geschah mit Hilfe von EXCEL 2013 und SPSS 22.

Die erhaltenen Kategorien wurden verwendet, um folgende Fragestellungen zu untersuchen:

Wie viel wissen Schülerinnen und Schüler über die Themen Klima und Klimawandel?

Welche Fehlmeinungen sind vorhanden?

In der Analyse der Antworten des zweiten Teils wurden gängige statistische Methoden, wieder

mit Hilfe von EXCEL und SPSS, verwendet, um folgende Fragen zu beantworten:

Wie schwer fällt es den Schülerinnen und Schülern die häufig gestellten Fragen zum

Thema Klima und Klimawandel zu beantworten und wie weit ist das Wissen aus der

Schule dabei hilfreich?

Welche Einstellung haben Schülerinnen und Schüler zum Thema Klimawandel und wie

glauben sie, sei damit umzugehen? (verhindern, anpassen oder ignorieren)

Woher beziehen die Jugendlichen ihre Informationen?

Wie groß ist das Interesse der Schülerinnen und Schüler am Thema Klima und

Klimawandel?

Was denken die Jugendlichen über den Umgang mit dem Thema Klimawandel in der

Schule?

Bei der Bearbeitung beider Teile des Fragebogens wurden auf geschlechter- und

schultypspezifische Unterschiede in den Antworten geachtet.

Um Zusammenhänge feststellen zu können, wurden für die Antworten auf die Fragen im

zweiten Teil des Fragebogens Korrelationen (Rangkorrelationen nach Spearman, rs,

aufgrund ordinaler Daten) errechnet und zweiseitig getestet. Die signifikanten (p=0,01

oder p=0,05) Korrelationen werden in den jeweiligen Kapiteln angeführt.

95

3.3. Untersuchungsergebnisse

An dieser Stelle sollen die Ergebnisse der Fragebogenuntersuchung dargestellt werden. Dabei

werden zuerst die Antworten der Schülerinnen und Schüler gesammelt zusammengefasst und

dargestellt um anschließend die Forschungsfragen beantworten zu können.

3.3.1. Zusammenfassung der Ergebnisse des ersten Teils des

Fragebogens.

3.3.1.1. Was ist der Unterschied zwischen Wetter und Klima?

Insgesamt gaben 33 (16 männliche und 17 weibliche) Jugendliche eine Antwort auf diese

Frage. Dabei wurde in 88 % der Antworten eine zeitliche Begründung für den Unterschied

angegeben und in 42 % eine räumliche Begründung. Eine gegebene Antwort war etwa:

„Wetter ist momentan; Klima langzeitig; Wetter ist kleinflächig; Klima großflächig“

Allgemein unterscheiden sich die Antworten der Schülerinnen nicht von denen der Schüler.

Der einzige Unterschied lag darin, dass von den Schülerinnen (47 % der Antworten) mehr

Wetterphänomene genannt wurden als von den Schülern, wo nur bei 19 % der Antworten

Phänomene wie Regen oder Ähnliches zur Beantwortung der Frage herangezogen wurden.

3.3.1.2. Welche Faktoren bestimmen das Klima der Erde?

Diese Frage beantworteten wieder 33 Jugendliche, wobei an dieser Stelle 17 männliche und 16

weibliche Jugendliche eine Antwort abgaben.

48 % der Antworten ließen sich der Kategorie „CO2- und allgemeine Emissionen, Einfluss von

Treibhausgasen auf Atmosphäre, Zusammensetzung der Atmosphäre und Treibhauseffekt“

zuordnen.

In 39 % der Begründungen der Schülerinnen und Schüler wurden geographische Faktoren

angegeben, die das Klima der Erde bestimmen. So wurden etwa die Neigung der Erdachse

(Jahreszeiten) oder Klimazonen genannt.

Ebenso wurde der Klimawandel in 24 % der Antworten als bestimmender Faktor für das Klima

genannt.

Zu gleichen Teilen (18 %) wurden natürliche Einflüsse und Abgase, im Sinne von Fabrik- und

Autoabgasen, genannt.

Die Antworten, in denen das Ozonloch angegeben wurde, sind wegen der bekannten

Schülervorstellung gesondert betrachtet worden und so wurde in 9 % der Antworten ein

Bezug zum Ozonloch hergestellt.

96

3.3.1.3. Wie tragen menschliche Aktivitäten zum Klimawandel bei

und wie sieht der Vergleich mit natürlichen Einflüssen aus?

Diese Frage wurde von 32 Befragten beantwortet, wobei das Geschlechterverhältnis 17

männliche zu 15 weiblichen ausfiel.

Als häufigsten wurden die Umweltverschmutzung, Abgase, Eingriff in Natur und Ozeane als

menschlicher Einfluss genannt. Dabei ließen sich 62 % der Antworten in dieses Cluster

einordnen. An dieser Stelle lässt sich ein leichter geschlechterspezifischer Unterschied

dahingehend erkennen, dass sich 80 % der weiblichen Antworten und nur 47 % der

männlichen in diese Kategorie einteilen lassen.

In 31 % der Fälle wurde der Treibhauseffekt bzw. der Ausstoß von Treibhausgasen mit dem

menschlichen Einfluss auf das Klima in Verbindung gebracht.

Allgemein wurde in 16 % der Antworten der Einfluss des Menschen auf das Klima explizit als

negativ beschrieben, wobei in 13 % der Antworten angegeben wurde, dass der menschliche

Einfluss den Klimawandel antreibt und 9 % der Antworten konnten der Kategorie „der

menschliche Einfluss ist nicht vorgesehen“ zugeordnet werden.

An dieser Stelle konnte ein immer wiederkehrendes Statement der „Klimaskeptiker“ gefunden

werden, so wurde von 3 Jugendlichen die Behauptung aufgestellt, dass der Mensch keinen

Einfluss habe und es die Erderwärmung immer schon gegeben habe.

3.3.1.4. Woher wissen wir, dass sich die Erde erwärmt?

Diese Frage wurde von allen Schülerinnen und Schülern beantwortet.

Als häufigster Grund wurden die Auswirkungen des Klimawandels auf die Kryosphäre ge-

nannt. In 50 % aller Antworten wurden Aussagen über das Schmelzen von Polkappen, Eis oder

Gletscher getätigt.

Die Auswirkungen auf die Wassertemperatur und den Meeresspiegel wurden von 27 %

genannt.

In 53 % der Antworten der männlichen Befragten wurde angegeben, die Erwärmung anhand

von Messungen oder durch den Vergleich der Messungen mit der Vergangenheit erkennen zu

können. Dagegen konnten nur 29 % der weiblichen Antworten in diese Kategorie eingeordnet

werden. Wenn die Schulschwerpunkte betrachtet werden, zeigt sich, dass Schülerinnen und

Schüler mit einem naturwissenschaftlichen Schwerpunkt am häufigsten angegeben haben

durch Messungen erfahren zu können, ob sich die Erde erwärmt.

97

3.3.1.5. Ist der gegenwertige Klimawandel ungewöhnlich verglichen

mit früheren Änderungen in der Erdgeschichte?

In 61 % der 31 abgegeben Antworten wurde behauptet, dass es zwar schon früher

Klimaveränderungen gab, dass diese aber nicht mit den derzeit stattfindenden Veränderungen

vergleichbar seien, wegen des menschlichen Einflusses auf das Klima.

Dagegen gab es in 32 % der Antworten Aussagen wie: „der Klimawandel ist nicht ungewöhnlich“

oder „Klimawandel hat es immer schon gegeben!“.

Es zeigt sich an dieser Stelle, dass die Antworten von Schülerinnen und Schüler mit einem

naturwissenschaftlichen Schwerpunkt zu 71 % dieser skeptischen Kategorie zugeteilt werden

können.

3.3.1.6. Kann die Klimaerwärmung im 20. Jahrhundert durch natürliche Vorgänge erklärt werden?

Die 29 Schülerinnen und Schüler (14 männliche und 15 weibliche) antworteten zu 55 % mit

„Nein“ und in 28 % der Antworten wurde sogar dem Menschen die Schuld dafür zugesprochen.

Dagegen wurde in lediglich 14 % angeben, dass die Klimaerwärmung durch natürliche Vor-

gänge erklärt werden könne. Interessant hierbei ist der große Unterschied in den Antworten

von Schülerinnen und Schülern. 20 % der Schülerinnen gaben an, dass die Veränderungen

durch natürliche Vorgänge erklärbar seien. Der gleichen Meinung sind allerdings nur 7 % der

Schüler.

3.3.1.7. Was ist der Treibhauseffekt?

Diese auf den ersten Blick einfach wirkende Frage schien für die Schülerinnen und Schüler

nicht ganz so einfach zu beantworten zu sein. Es gab sehr viele Antworten, die sich stark

unterschieden und dementsprechend auch viele Kategorien.

56 % der 32 Schülerinnen und Schüler (16 männliche und 16 weibliche), die auf die Frage

antworteten, beschrieben den Treibhauseffekt folgendermaßen: Treibhausgase, Abgase,

Aerosole oder Ozon sammeln sich in einer Schicht in der Atmosphäre und wirken dort wie ein

Spiegel für Sonnenstrahlen. Die Strahlen die von der Erdoberfläche zurück geworfen würden,

würden dort wieder reflektiert, was zu einer Erwärmung der Erdoberfläche führe. Die folgende

Antwort ist eine besonders prototypische für diese Kategorie (wobei hier die Ozonschicht den

Platz der Treibhausgase als „Spiegel“ einnimmt):

„Die Erde erwärmt sich immer mehr durch den Treibhauseffekt. Die Strahlung die auf die Erde eintrifft wird reflektiert und sollte wieder zurück ins Weltall gelangen. Auf grund [sic.] der Abgase und des CO2 kann das nur mehr sehr bedingt stattfinden, die meiste Strahlung wird von der Ozonschicht wieder zurück auf die Erde reflektiert.“

98

Diese Beschreibung war bei Schülerinnen und Schülern mit einem DG- und sprachlichen

Schwerpunkt doppelt so häufig wie bei Jugendlichen mit naturwissenschaftlichem Schwer-

punkt vertreten.

In 6 % der männlichen Antworten und in 43 % der weiblichen bestand die oben beschriebene

„Spiegelschicht“ aus CO2.

Neben den Treibhausgasen wurden allgemein auch noch Abgase oder Aerosole als Beispiel für

Treibhausgase angegeben. So wurden Abgase und Aerosole in 9 % der Antworten explizit in

Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt genannt.

Bei 53 % der Antworten wurde der Treibhauseffekt als Ursache für die Erderwärmung

genannt, wobei es an dieser Stelle auch wieder Unterschiede in der Verteilung der Antworten

bezüglich Schulschwerpunkte gab. Nur 16 % aller Jugendlichen mit naturwissenschaftlichem

Schwerpunkt, aber jeweils etwa 60 % der beiden anderen Schulschwerpunkte argumentierten

so.

Häufig war auch das Einbringen des Ozonloches in die Erklärung des Treibhauseffektes

festzustellen. So wurde in 22 % der Antworten behauptet, dass Treibhausgase die Ozonschicht

zerstören würden und ebenso in 22 % wurde die Ozonschicht als eine wie oben schon

beschriebene Spiegelschicht angeführt. Wobei hier entweder die Ozonschicht als

Reflexionsschicht oder aber auch als Senke für Sonnenstrahlen gesehen wurde.

„Gase die von Menschen erzeugt werden [sic.] zerstören immer mehr das Ozonloch [sic.] wodurch sich die Erde immer stärker erwärmt.“

„Sonnenstrahlen kommen nicht mehr aus der Ozonschicht hinaus und deswegen heizt sich die Erde auf“

In 2 Antworten wurde der Treibhauseffekt als Vorgang beschrieben, bei dem Sonnenstrahlen

von Gasen aufgenommen werden und in Wärme umgewandelt werden.

Ein weiterer interessanter Zusammenhang ist, dass einige Schülerinnen und Schüler (in 9 %

der Antworten) die Produktion von Treibhausgasen als eigentlichen Treibhauseffekt

beschrieben.

Auf einigen Fragebögen wurden Skizzen angefertigt. Alle Skizzen der Schülerinnen und Schüler

sollen hier kurz aufgelistet werden. Es wird in drei von vier Abbildungen der Treibhauseffekt

mit Hilfe einer Spiegelschicht erklärt:

99

Abbildung 39: Skizzen der Schülerinnen und Schüler zur Erklärung des Treibhauseffektes. In zwei von drei Fällen wird der Treibhauseffekt mit Hilfe einer Spiegelschicht erklärt. (Quelle: Abbildungen von Schülerinnen und Schülern)

3.3.1.8. Haben menschliche Aktivitäten den Anstieg an

atmosphärischem Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen

während des Industriezeitalters verursacht?

Alle Jugendlichen (32 von 34) hielten einen Zusammenhang zwischen den menschlichen

Aktivitäten und dem Anstieg der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre in ihren

Antworten fest. Dabei wurde in 94 % der Antworten der Zusammenhang mit einem erhöhten

Aufkommen von Fabrik- und Autoabgasen begründet.

100

Lediglich zwei Schülerinnen behaupteten, dass es nur teilweise einen Zusammenhang gäbe

und auch ein natürlicher Prozess dazu beigetragen habe. So war etwa eine Antwort auf die

Frage:„Nein nicht nur, weil die Erwärmung der Erde zu einem natürlichen Verlauf gehört und die

erhöhte Verkehrsentwicklung den Prozess beschleunigt“

3.3.1.9. Was verursachte die Eiszeiten und andere wichtige Klima-

änderungen vor dem industriellen Zeitalter?

Wie schon vorher bei der Frage nach dem Treibhauseffekt, ist auch an dieser Stelle eine sehr

große Bandbreite von Antworten zu beobachten. Ebenso wurde die Frage nur von 23

Schülerinnen und Schülern beantwortet (9 männliche und 14 weibliche).

Bei den Antworten auf diese Frage konnte ein großer Unterschied zwischen Schülerinnen und

Schülern festgestellt werden. So wurde in 33 % der männlichen Antworten ein Bezug zwischen

den Eiszeiten und andern Klimaänderungen und astronomischen Veränderungen hergestellt.

Dabei wurden beispielsweise die Änderung des Abstandes zwischen Sonne und Erde oder eine

Veränderung der Sonnenaktivität als Ursachen genannt. Dagegen konnten nur 7 % der

weiblichen Antworten dieser Kategorie zugeordnet werden.

Neben astronomischen Änderungen wurden von den männlichen Befragten auch Änderungen

in der Zusammensetzung der Atmosphäre genannt (in 33 % der Antworten). Dieser Zu-

sammenhang wurde allerdings von keiner Schülerin hergestellt.

Auf der anderen Seite wurde in 42 % der Antworten von den Schülerinnen (kein Schüler)

Folgen von Eiszeiten oder anderen Klimaänderungen genannt. Dabei wurden Begriffe wie

Aussterben von Lebewesen, Völkerwanderung oder die Evolution genannt.

Insgesamt wurden viermal Vulkanausbrüche oder Meteoriteneinschläge als Ursachen für

Klimaänderungen genannt.

3.3.1.10. Haben sich Extremereignisse wie Hitzewellen, Dürren,

Überschwemmungen und Wirbelstürme verändert? Lassen

Veränderungen des Erdklimas Veränderungen bei Extrem-

ereignissen wie Hitzewellen, Dürren oder Überschwemmungen

erwarten?

Diese Frage wurde von 32 (15 Schüler und 17 Schülerinnen) beantwortet.

Dabei ergab sich, dass 23 Befragte angaben, dass es Veränderungen in den Extremereignissen

gäbe. Ebenso wurde in 38 % der Antworten eine solche Veränderung mit dem Klimawandel in

Verbindung gesetzt.

In 31 % der Antworten konnten Begründungen wie etwa: die Klima- oder Wetterverhältnisse

werden extremer, wirken sich stärker aus, treten häufiger auf und halten länger an, gefunden

werden.

4 Jugendliche argumentierten, dass es solche Ereignisse schon immer gegeben habe.

101

In weiteren 31 % der Antworten wurden Beispiele für Extremereignisse genannt. So wurden

etwa Überschwemmungen aufgrund des steigenden Meeresspiegels oder schmelzender

Gletscher genannt. Ebenso wurden Dürren und Hitzewellen, die Verschiebung der

Jahreszeiten, Gewitter oder das Ausbreiten der Wüsten in diesem Zusammenhang angeführt.

3.3.1.11. Nimmt die Menge an Schnee und Eis (z.B. in Grönland, Arktis

und Antarktis) ab?

Diese Frage wurde sehr einstimmig von 31 der 33 Jugendlichen mit Ja beantwortet.

In 18 % der Antworten wurde ein Zusammenhang zwischen der Abnahme von Schnee und Eis

und dem Klimawandel hergestellt.

Lediglich zwei Befragte negierten die Aussage und meinten, dass die Menge an Eis und Schnee

nicht abnehme.

3.3.1.12. Gibt es in Österreich bald keinen Schnee mehr? Wie sieht es

allgemein mit dem Niederschlag in Österreich aus?

Die Antworten der 29 Schülerinnen und Schüler konnten zu 83 % in die Kategorie „Die

Schneemenge wird zurückgehen“ eingeteilt werden, wobei hier 14 der 15 Schülerinnen so

antworteten und 10 der Schüler.

Ebenso beinhalteten 14 % der Antworten Aussagen wie etwa „in ferner Zukunft wird es

überhaupt keinen Schnee mehr geben“.

Dass keine Änderungen zu erwarten sind, wurde nur in 10 % der Antworten behauptet.

Ein ähnliches Bild wie bei der Frage nach der Entwicklung der Schneemenge in Österreich

zeigte sich auch in der Frage nach dem Niederschlag im Allgemeinen. Dabei gaben 13

Jugendliche an, dass sie glauben, dass es zu Änderungen in den Niederschlägen kommen wird

und 4, dass es keine Änderung geben wird.

In 17 % aller Antworten konnten Aussagen wie etwa „die Niederschlagsmenge nimmt ab“

gefunden werden. Dagegen wurde in 14 % der abgegebenen Antworten behauptet, dass die

Niederschlagsmengen größer werden.

3.3.1.13. Verschwinden die Gebirgsgletscher? Verschwinden die

Gletscher in Österreich?

Von den 34 Antworten wurde in 28 behauptet, dass die Gletscher verschwinden werden.

Lediglich 2 Jugendliche meinten, dass sie zwar kleiner werden würden, aber nicht ganz

verschwinden.

Ein einziger Schüler, mit naturwissenschaftlicher Schulschwerpunkt, behauptete: „Nein

Gletscher schmelzen[sic.] das ist ein natürlicher Vorgang.“

102

3.3.1.14. Verschwinden die Übergangszeiten Frühling und Herbst?

Diese Frage wurde von allen Befragten beantwortet und die häufigste Antwort war, dass

Frühling und Herbst nicht verschwinden werden. 44 % der Antworten konnten dieser

Kategorie zugeordnet werden.

Als weiterführende Erklärung gaben die Schülerinnen und Schüler an, dass die Jahreszeiten

zwar nicht verschwinden werden, es allerdings zu Änderungen kommen wird. So gaben 5

Schülerinnen an, dass sich die Jahreszeiten verschieben werden. Diese Aussage wurde

allerdings nur von 2 Schülern getätigt.

Neben dieser Aussage konnten 15 % der Antworten der Kategorie „Jahreszeiten können nicht

mehr klar voneinander getrennt werden.“

Dagegen stehen allein 10 Schülerinnen und Schüler mit der Aussage, dass Frühling und Herbst

ganz verschwinden werden. Allerdings wird in 12 % aller Antworten behauptet, dass dieses

Verschwinden nicht gleichmäßig stattfinden wird. So wurde beispielsweise behauptet, dass

der Frühling eher verschwinden wird als der Herbst7.

Eine Antwort einer Schülerin war etwa: „teilweise, da es mittlerweile im April 28°C hat.“

Oder ein Schüler antwortete auf die Frage mit: „Frühling mehr als Herbst“

3.3.1.15. Steigt der Meeresspiegel an? Welche Auswirkungen hat ein

ansteigender Meeresspiegel?

Von insgesamt 34 Befragten wurde diese Frage von 33 beantwortet. Dabei waren die

Schülerinnen und Schüler sehr einstimmig der Meinung, dass der Meeresspiegel ansteigt. Bei

genauerer Betrachtung zeigt sich, dass jeder Schüler dieser Meinung war und in 82 % der

Antworten der Schülerinnen darauf geschlossen werden kann.

Es gab nur eine Schülerin, die behauptet hat, dass der Meeresspiegel nicht ansteigt.

Die beiden verbleibenden Schülerinnen gaben auf diesen Teil der Frage keine Antwort und

führten stattdessen nur ein Beispiel für die Folgen eines Anstiegs an.

Die häufigste Auswirkung, die von den Schülerinnen und Schülern genannt wurde, war die

Überschwemmung oder Überflutung von Städten, Landflächen und Inseln oder die Zerstörung

eben dieser. So wurden in 88 % der Antworten diese Aussagen getroffen. Vier Befragte gaben

an, dass durch einen steigenden Meeresspiegel Lebensräume bedroht oder zerstört werden.

Zwei Schüler wiesen auf die Auswirkungen auf Flora und Fauna hin und eine Schülerin schrieb:

„Küstenregionen werden verschwinden vor allem z.B hat Venedig keine Chance mehr --> großer Auswanderung und Schutz suchen in der Mitte (weit weg von der Küste)“

7 Diese Antwort könnte allerdings damit zusammenhängen, dass die Befragung im Frühling stattfand.

103

3.3.1.16. Wie wahrscheinlich sind abrupte Klimaänderungen wie z.B.

das Abschmelzend der Eisschilde oder Veränderungen der

globalen Ozeanzirkulation (Nordatlantikstrom)? (Wie man es zum

Beispiel aus Katastrophenfilmen kennt)

Diese Frage wurde nur mehr von 28 (15 Schülern und 13 Schülerinnen) beantwortet.

Es zeigt sich, dass die Antworten der Jugendlichen sehr breit von sehr wahrscheinlich (40 %)

und eher wahrscheinlich (11 %) bis eher unwahrscheinlich (29 %) und sehr unwahrscheinlich

(11 %) verteilt sind.

Zwei Jugendliche, die eine Antwort abgaben, meinten, dass solche Veränderungen nicht so

stark ausgeprägt sein werden wie in den Filmen dargestellt und fünf Befragte antworteten,

dass solche Veränderungen längere Zeit in Anspruch nehmen würden.

3.3.1.17. Wie zuverlässig sind die Simulationsmodelle, die für die

Vorhersagen zukünftiger Klimaänderungen benutzt werden?

Diese Frage wurde wieder von allen Befragten beantwortet.

Bei den Antworten war ein leichter Unterschied zwischen den Schülern und Schülerinnen zu

erkennen. In 29 % der männlichen Antworten war zu finden, dass die Simulationsmodelle sehr

zuverlässig seien. Dem gegenüber stehen 53 % der weiblichen Antworten mit derselben

Aussage. Insgesamt glauben 41 %, dass die verwendeten Modelle sehr zuverlässig sind.

Allgemein wurde in 24 % der Antworten beschrieben, dass die Simulationen zwar zuverlässig

seien, aber die Wirklichkeit nicht perfekt widerspiegeln würden.

„Sehr zuverlässlig[sic], aber es gibt trotzdem immer eine Chance [sic.] dass die Vorhersagungen [sic] nicht genau getroffen werden können.“

Ganz anderer Meinung nämlich, dass Simulationsmodelle sehr unzuverlässig seien, waren 12

Befragte (35 %). Als Begründungen für die Unzuverlässigkeit wurde etwa angegeben, dass sich

alles sehr schnell ändern könne oder dass das menschliche Verhalten schwer vorhersagbar sei.

Eine weitere Begründung, wie sie auch von „Klimaskeptikern“ angeführt wird, war etwa in der

Antwort einer einzigen Schülerin zu finden:

„Nicht sehr zuverlässig, da Kurzvorhersagen schon oft fehlerhaft sind.“

104

3.3.2. Zusammenfassung des zweiten Teiles des Fragebogens

In diesem Teil soll die Auswertung der Antworten der Schülerinnen und Schüler auf den

zweiten Teil des Fragebogens gegeben werden. Dazu wurden die Fragen so zusammengefasst,

dass die weiter oben definierten Forschungsfragen beantwortet werden können.

3.3.2.1. Selbsteinschätzung der Schülerinnen und Schüler

Auf die Frage, ob es einfach war die Fragen aus dem ersten Teil des Fragebogens zu

beantworten, nahmen beide Geschlechter eher eine neutrale Position ein mit einer leichten

Tendenz, dass es eher leicht war die Fragen zu beantworten (Median: 2,5).

Interessant hierbei ist, dass Schüler die Fragen tendenziell eher leicht fanden (Median: 2),

wohingegen die Schülerinnen eine neutralere Position einnahmen (Median: 3).

Abbildung 40: Verteilung der gegebenen Antworten auf die Frage, wie einfach es war die Fragen zum Klimawandel im ersten Teil des Fragebogens zu beantworten (nach Geschlechtern getrennt) (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

105

Abbildung 41: Verteilung der gegebenen Antworten auf die Frage, wie einfach es war die Fragen zum Klimawandel im ersten Teil des Fragebogens zu beantworten(nach Schulschwerpunkt getrennt). (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

Wenn man die Schulschwerpunkte betrachtet, zeigt sich, dass mehr als die Hälfte der

Schülerinnen und Schüler mit einem naturwissenschaftlichen Schwerpunkt die Beantwortung

als leicht empfunden haben. Der Median aller Befragten mit naturwissenschaftlichem

Schulschwerpunkt liegt bei 1. Die Jugendlichen mit einem sprachlichen Schulschwerpunkt

nahmen eine neutrale Position ein (Median: 3).

Bei der allgemeineren Frage, ob die Schülerinnen und Schüler sich in der Lage fühlen, alle

wichtigen Fragen aus diesem Thema richtig beantworten zu können, zeigte sich, dass diese

eine neutrale Position einnahmen (Median: 3). Zwischen den männlichen und weiblichen

Befragten zeigte sich hierbei kein großer Unterschied, bei den Schulschwerpunkten allerdings

schon. So glaubten die befragten Jugendlichen mit naturwissenschaftlichem- und DG-

Schwerpunkt eher nicht, dass sie alle wichtigen Fragen beantworten können (Median: 4).

Es konnte der statistische Zusammenhang hergestellt werden, dass Schülerinnen und Schüler,

die die Beantwortung der Fragen aus dem ersten Teil des Fragebogens leicht fanden, auch

glaubten, alle wichtigen Fragen zum Klimawandel beantworten zu können (Korrelation:

rs = 0,507 bei p = 0,01 (zweiseitig)).

Eine weitere Frage war, ob eine genaue Kenntnis über dieses Thema wichtig für das zukünftige

Leben der/des Befragten sein könnte. Dabei zeigte sich, dass die Schülerinnen und Schüler es

als eher wichtig für ihre Zukunft empfinden genaue Kenntnisse zu besitzen (Median: 2). Die

Schüler empfanden zu gleichen Teilen als sehr wichtig, eher wichtig und eher unwichtig,

106

darüber Bescheid zu wissen und über 41 % der befragten Schülerinnen als sehr wichtig für

ihre Zukunft, genaue Kenntnisse über das Thema Klima und Klimawandel zu besitzen.

Es zeigt sich, dass Schülerinnen und Schüler, die glauben, dass genaue Kenntnisse über das

Klima und den Klimawandel wichtig für ihr zukünftiges Leben sein könnten, es nicht einfach

fanden, die Fragen aus dem ersten Teil des Fragebogens zu beantworten. Hierfür konnte eine

Korrelation (rs = − 0,4 bei p = 0,01 (zweiseitig)) errechnet werden.

Abbildung 42: Verteilung der Antworten auf die Frage, ob die Schülerinnen und Schüler es für ihre persönliche Zukunft wichtig finden, genaue Kenntnisse zum Thema Klima und Klimawandel zu haben (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

3.3.2.2. Einstellung zum Klimawandel

In diesem Teil sind Fragen zur Einstellung der Schülerinnen und Schüler zum Klimawandel

zusammengefasst.

Dabei wurde als erstes danach gefragt, ob der Klimawandel existiere. An dieser Stelle waren

sich die Befragten sehr einig. 26 der 34 Befragten waren der Meinung, dass der Klimawandel

existiert. Lediglich ein Schüler meinte, dass der Klimawandel eher nicht existiere.

107

Abbildung 43: Die Befragen glauben zum überwiegenden Teil, dass der Klimawandel existiert. (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

Ein weiterer Fragenkomplex, der in dieses Kapitel gehört, dreht sich darum wie mit dem

Klimawandel umgegangen werden sollte, also, ob der Klimawandel ignoriert werden kann, ob

es ausreichend ist sich an die Folgen anzupassen oder ob versucht werden sollte, den

Klimawandel zu verhindern.

Dabei zeigt sich, dass die Befragten glauben, den Klimawandel nicht ignorieren zu können und

dass es nicht reicht, sich an die Folgen des Klimawandels anzupassen. Besonders die

Schülerinnen scheinen davon überzeugt zu sein. Mehr als drei Viertel aller Schülerinnen

glauben, den Klimawandel nicht ignorieren zu können. Bei den Schülern ist die Verteilung nicht

so eindeutig, aber es ist eine klare Tendenz hin zu der Meinung, den Klimawandel nicht zu

ignorieren (Median: 4). Drei Schüler glauben jedoch, dass der Klimawandel ignoriert werden

kann.

Wenn die Frage, ob es ausreiche, sich an die Folgen anzupassen, betrachtet wird, zeigt sich ein

ähnliches Bild.

Dagegen sind die Schülerinnen und Schüler sehr davon überzeugt, dass versucht werden sollte,

den Klimawandel zu verhindern (Median:1). Genauer betrachtet, zeigt sich, dass 65 % aller

Befragten voll und ganz der Meinung sind, dass versucht werden sollte, den Klimawandel zu

verhindern. Wieder ist lediglich ein Schüler der Meinung, dass dieser nicht verhindert werden

kann.

108

Es lässt sich ein starker statistischer Zusammenhang erkennen zwischen den Jugendlichen, die

glauben, der Klimawandel könne ignoriert werden und denjenigen, die glauben es reiche aus,

sich an die Folgen anzupassen (Korrelation: rs = 0,713 bei p = 0,01 (zweiseitig)).

Abbildung 44: Verteilung der Antworten: Oben: Kann der Klimawandel ignoriert werden? Unten: Reicht es aus, sich an die Folgen des Klimawandels anzupassen? (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

109

Abbildung 45:Sollte versucht werden den Klimawandel zu verhindern? (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

3.3.2.3. Einstellungen der Schülerinnen und Schüler zu

Fehlmeinungen zum Thema Klima und Klimawandel

Da gerade in den Medien immer wieder klimaskeptische Aussagen zum Thema Klima und

Klimawandel verbreitet werden (siehe Kapitel 2.3), war die Frage, ob auch die Befragten dieser

Meinung sind.

Die befragten Schülerinnen und Schüler sind eher der Meinung, dass Fehlinformationen

verbreitet werden (Median: 2). Lediglich ein Schüler ist der Meinung, dass dies eher nicht

geschieht und kein Befragter glaubt ganz und gar nicht daran.

110

Abbildung 46: Werden Fehlmeinungen zum Thema Klimawandel verbreitet? (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

Es zeigt sich auch, dass besonders die Jugendlichen, die eine Schule mit naturwissen-

schaftlichem Schwerpunkt besuchen, sehr davon überzeugt sind (Median: 1), dass Fehl-

meinungen verbreitet werden und dass die Antworten von Schülerinnen und Schülern mit DG-

Schulschwerpunkt die breiteste Verteilung aufzeigen und sowohl glauben, dass dies geschieht,

aber auch davon überzeugt sind, dass Fehlmeinungen eher nicht verbreitet werden

(Median: 3).

111

Abbildung 47: Werden Fehlmeinungen verbreitet? Aufgeteilt nach Schulschwerpunkt. (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

Was an dieser Stelle noch interessant ist, ist die Frage, ob die befragten Schülerinnen und

Schüler sich zutrauen, richtige Aussagen von Fehlmeinungen unterscheiden zu können. Dabei

zeigt sich, dass sich die Schülerinnen und Schüler diese Unterscheidung eher zutrauen, wobei

die weiblichen Jugendlichen zu gleichen Teilen neutral eingestellt sind wie eher zu glauben,

richtige von falschen Aussagen unterscheiden zu können (jeweils 29 %).

Abbildung 48: Trauen es sich die Schülerinnen und Schüler zu, richtige von Fehlmeinungen unter-scheiden zu können? (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

112

Im Anschluss an die Frage bezüglich Fehlmeinungen und dem Erkennen solcher, wurde nach

den Informationsquellen der Schülerinnen und Schüler gefragt. Dabei konnte aus vorgegeben

Informationsquellen ausgewählt werden. Die Befragten wählten am häufigsten Internet und

Fernsehen vor Zeitungen und Zeitschriften und die Schule an dritter Stelle als Quelle für

Informationen zum Thema Klima und Klimawandel. Es ist auch zu sehen, dass bei der

Trennung nach Geschlecht, die Reihenfolge der Nennungen erhalten bleibt.

Abbildung 49: Verteilung der Auswahl der vorgegeben Informationsquellen: a) Darstellung der Anzahl der Nennungen und b) geschlechtergetrennte Darstellung. (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mir EXCEL)

3.3.2.4. Interesse der Schülerinnen und Schüler am Thema Klima und

Klimawandel und wie das Thema in der Schule behandelt wird

Als Einstiegsfrage wurde nach dem allgemeinen Interesse an dem Thema Klima und

Klimawandel gefragt. Dabei zeigt sich, dass die Schülerinnen und Schüler eine neutrale Stellung

beziehen (Median: 3). Sie sind weder interessiert noch desinteressiert. Einzig die Jugendlichen

mit naturwissenschaftlichem Schulschwerpunkt finden das Thema eher uninteressant

113

(Median: 4), während die Schülerinnen und Schüler mit anderen Schwerpunkten die neutrale

Position einnehmen.

Allgemein zeigt die Verteilung der Schülerinnen eine tendenzielle Ausrichtung dahingehend,

dass diese das Thema eher interessant finden, wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist.

Dagegen findet kein einziger Schüler ein hohes Interesse am Thema Klima und Klimawandel.

Abbildung 50: Frage nach dem Interesse am Thema Klima und Klimawandel. Oben: Die Verteilung der Antworten getrennt nach Geschlechtern. Unten: Die prozentuelle Verteilung der Antworten, aufgespalten nach den Schulschwerpunkten. (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

114

Als nächstes wurde nach der Einbindung des Themas in den Schulalltag gefragt. Die Frage war,

ob das Thema genügend in der Schule behandelt werde. Dabei nehmen die Befragten wie zuvor

eine neutrale Position ein (Median: 3). Bei genauerer Betrachtung kann festgestellt werden,

dass die männlichen Befragten finden, dass das Thema eher nicht genügend in der Schule

behandelt wird (Median: 4), genauso wie die Schülerinnen und Schüler mit DG- Schwerpunkt.

Direkt angeschlossen an diese Frage wurde nach dem Wunsch, das Thema vermehrt im

Unterricht zu behandeln, gefragt. Hier ist zu sehen, dass die Befragten wieder eine neutrale

Position einnehmen (Median: 3), aber die Schülerinnen eher den Wunsch nach einer

vermehrten Behandlung von Klima und Klimawandel in der Schule haben (Median: 2). Wenn

die Schulschwerpunkte wieder betrachtet werden, zeigt sich eine Tendenz, dass Jugendliche

mit DG-Schulschwerpunkt sich eher mehr Klima und Klimawandel in der Schule wünschen

(Median: 2), wohingegen die Schülerinnen und Schüler mit naturwissenschaftlichem

Schwerpunkt sich nicht mehr davon wünschen (Median: 5).

115

Abbildung 51: Die Frage nach der Behandlung des Themas Klima und Klimawandel in der Schule.

Dabei wird in danach gefragt, ob das Thema genügend in der Schule besprochen wird. (Quelle: Eigene

Grafik, hergestellt mit SPSS)

116

Abbildung 52: Die Frage nach der Behandlung des Themas Klima und Klimawandel in der Schule.

Dabei wird nach dem Wunsch, mehr davon in der Schule zu hören, gefragt. (Quelle: Eigene Grafik,

hergestellt mit SPSS)

In den Antworten der Schülerinnen und Schüler ist ein direkter Zusammenhang zwischen dem

Interesse der Befragten und dem Wunsch, das Thema Klima und Klimawandel vermehrt in der

Schule zu behandeln, erkennbar (rs = 0,625 bei p = 0,01 (zweiseitig)). Interessanterweise

ließ sich keine signifikante Korrelation zwischen der Frage, ob das Thema genügend in der

117

Schule behandelt wird und dem Wunsch nach vermehrter Auseinandersetzung mit Klima und

Klimawandel im Unterricht herstellen.

Es wurde auch nach den Unterrichtsfächern gefragt, wo über das Thema Klima und

Klimawandel gesprochen wird. Dazu sollten die Schülerinnen und Schüler diejenigen Fächer

angeben, wo über das Thema gesprochen wurde. Am häufigsten wurde dabei das Fach

Geographie genannt (26 Nennungen) und an zweiter Stelle wurde Physik (17 Nennungen)

angegeben, gefolgt von Biologie (13 Nennungen) und Chemie (sieben Nennungen). Es wurden

auch geisteswissenschaftliche Fächer wie Geschichte (drei Nennungen) und Sprachen

(Englisch vier Nennungen und Französisch eine Nennung) angeführt.

Abbildung 53: Dargestellt sind die Angaben der Schülerinnen und Schüler in welchen Unterrichtsfächern über das Thema Klimawandel gesprochen wurde: oben gesamt betrachtet und unten getrennt nach Geschlechtern. (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit EXCEL)

Als letztes wurde gefragt, ob das Wissen, dass in der Schule vermittelt wird, ausreiche, um die

im ersten Teil des Fragebogens gestellten Fragen zu beantworten. Dabei zeigt sich, dass die

Befragten eine neutrale Position einnehmen (Median:3), nur die Schülerinnen und Schüler mit

118

naturwissenschaftlichem Schulschwerpunkt meinen, dass das Wissen eher ausreicht, die

Fragen aus dem ersten Teil zu beantworten (Median:2).

Abbildung 54: Antworten auf die Frage, ob die Kenntnisse aus der Schule ausreichen, um die Fragen aus Teil eins des Fragebogens zu beantworten: Oben: Eine fast symmetrische Aufteilung der Auswahl nach Geschlechtern getrennt. Unten: Die Aufteilung nach Schulschwerpunkt getrennt. (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS)

119

3.3.2.5. Gefundene Zusammenhänge

In diesem Teil sollen noch die gefundenen Korrelationen Platz finden, die über die oben

angeführten Zusammenführungen von Fragen hinausgehen. Da es sich bei den Daten um

ordinale handelt wurden Rangkorrelationen nach Spearman mit Hilfe von SPSS errechnet und

zweiseitig getestet (p=0,01 oder p=0,05))

An dieser Stelle sollen nur die Zusammenhänge, mit größerer Ausprägung beschrieben

werden, das heißt die direkten Zusammenhänge mit rs ≥ 0,4 bzw. die indirekten mit

rs ≤ − 0,4.

Für Schülerinnen und Schüler, die angaben, dass eine genaue Kenntnis wichtig für ihre

persönliche Zukunft ist, konnten mehrere Korrelationen errechnet werden. So stehen diese in

einem direkten Zusammenhang mit den Schülerinnen und Schülern, die glauben, dass der

Klimawandel existiert (rs = 0,456 bei p = 0,01 (zweiseitig)), in einem negativen mit den

Jugendlichen, die behaupten, der Klimawandel kann ignoriert werden (rs = − 0,489 bei

p = 0,01 (zweiseitig)) und ebenso in einem indirekten Zusammenhang mit denjenigen, die

glauben, es sei ausreichend sich an die Folgen des Klimawandels anzupassen (rs = − 0,591

bei p = 0,01 (zweiseitig)). Des Weiteren stehen sie in einem direkten Zusammenhang zu jenen,

die glauben, dass der Klimawandel verhindert werden sollte (rs = 0,423 bei p = 0,05

(zweiseitig)).

Also finden Schülerinnen und Schüler, die behaupten, dass Wissen über den Klimawandel

wichtig für ihre Zukunft sei, dass der Klimawandel nicht ignoriert werden sollte, dass es nicht

ausreiche, sich an die Folgen anzupassen und, dass versucht werden sollte, diesen zu ver-

hindern.

Dieselbe Gruppe, also die Befragten, die genaue Kenntnisse als wichtig für ihre Zukunft

ansehen, findet den Klimawandel auch interessant (rs = 0,593 bei p = 0,01 (zweiseitig)) und

wünschten sich, dass das Thema häufiger in der Schule besprochen werden sollte

(rs = 0,666 bei p = 0,01 (zweiseitig)).

Diejenigen, die behaupten, es reiche aus, sich an die Folgen anzupassen, finden das Thema

Klima und Klimawandel eher nicht interessant (rs = − 0,408 bei p = 0,05 (zweiseitig)) und

diejenigen, die meinen, dass der Klimawandel verhindert werden sollte, stehen im direkten

Zusammenhang mit denjenigen, die sich wünschen, dass in der Schule mehr über das Thema

Klima und Klimawandel gesprochen wird (rs = 0,401 bei p = 0,05 (zweiseitig)).

Die letzten beiden Zusammenhänge sind für die Schule besonders interessant. Es konnte ein

Zusammenhang zwischen den Schülerinnen und Schülern, die glauben, dass das Thema

genügend in der Schule besprochen wird und denen, die glauben, alle Fragen über den

120

Klimawandel richtig beantworten zu können, errechnet werden (rs = 0,403 bei p = 0,05

(zweiseitig)). Ebenso konnte ein Zusammenhang gefunden werden zu denjenigen, die von sich

behaupten, alle richtigen von Fehlmeinungen unterscheiden zu können (rs = 0,543 p = 0,01

(zweiseitig)).

121

4. Zusammenfassung

Wie Schreiner et al. (2005) über die Kenntnisse von Schülerinnen und Schülern zum Thema

Klima und Klimawandel sagen, ist das Wissen einiger wichtiger wissenschaftlicher Kenntnisse

durchaus vorhanden, allerdings sind Missverständnisse, fehlerhafte Schülervorstellungen und

Lücken im Wissen vorhanden (vgl. Schreiner et al. 2005, S. 42). Dieser Schluss lässt sich auch

aus dieser Arbeit ziehen.

Die Schülerinnen und Schüler haben durchaus gute Kenntnisse von Vorgängen und Einflüssen

im Klima. Sie können etwa den Begriff Klima definieren und diesen von dem des Wetters

trennen.

Bei den Einflussfaktoren des Klimas werden hauptsächlich Treibhausgase, wie CO2 und deren

Auswirkungen auf das Klima genannt sowie der Klimawandel selbst, wie beispielsweise auch

bei Shepardson et al. (2011b, S. 478–488) zu finden ist. Neben diesen waren aber auch nicht

näher beschriebene natürliche Einflüsse oder eine geographische Betrachtung, im Sinne von

Klimazonen zu beobachten. Viele Schülerinnen und Schüler halten Umweltverschmutzung und

Abgas- oder Treibhausgasemissionen für den zentralen menschlichen Einfluss auf das Klima

der Erde. Dies könnte von verschiedenen Abbildungen in Schulbüchern stammen (siehe

Kapitel 2.2.3 und Shepardson et al. 2011b, S. 495).

Alle Schülerinnen und Schüler sind der Meinung, dass der Mensch für den Anstieg der CO2-

Konzentration in der Atmosphäre verantwortlich ist. In dem Zusammenhang werden Fabrik-

und Autoabgase genannt.

Die befragten Schülerinnen und Schüler glauben an die Existenz des Klimawandels, was mit

dem Ergebnis von Chhokar et al. (2012) vergleich bar ist, dort liegt die Zustimmung allerdings

höher (vgl. Chhokar et al. 2012, S. 133–140). Ebenso glauben Schülerinnen und Schüler, dass

versucht werden sollte, den Klimawandel zu verhindern. Eine Anpassung an Folgen des

Klimawandels reiche ihrer Ansicht nach nicht aus und die Jugendlichen finden auch, dass der

Klimawandel nicht ignoriert werden sollte.

Wenn es um die Wahrnehmung des Klimawandels geht, assoziieren sehr viele Schülerinnen

und Schüler dessen Auswirkungen und Folgen damit. Ein Teil behauptet aber auch, dass

Messungen herangezogen werden können, wobei das Vertrauen in Simulationsmodelle für

Projektionen für die Zukunft sehr breit gestreut ist. Das Vertrauen ist teilweise sehr hoch, aber

die Modelle werden auch als sehr unzuverlässig angesehen. Dabei wird auf die schwierige

Vorhersagbarkeit von menschlichem Verhalten hingewiesen. An dieser Stelle wird allerdings

auch die eingeschränkte Vorhersagbarkeit von Wetterereignissen auf Klimamodelle und

dessen Projektionen umgelegt, was ein niedriges Vertrauen nach sich zieht. Das ist doch

122

überraschend, da laut Sjøberg & Schreiner (2010, S. 21) vor allem die Schüler sehr hohes

Vertrauen in Expertinnen und Experten haben.

Ein Großteil der Befragten ist davon überzeugt, dass der derzeitig stattfindende Klimawandel

nicht mit Klimaveränderungen in der Vergangenheit verglichen werden kann und nennt auch

explizit den menschlichen Einfluss als Ursache. Auf die Frage nach der Entstehung von

früheren Klimaveränderungen, wie etwa Eiszeiten oder Ähnlichem, wurden vor allem von den

männlichen Befragten astronomische Vorgänge und Veränderungen in der Zusammensetzung

der Atmosphäre genannt, wohingegen die Schülerinnen zum Teil nur Folgen einer

Klimaveränderung genannt haben.

Allgemein lässt sich festhalten, dass Schülerinnen und Schüler sehr gute Kenntnisse über

mögliche Folgen des Klimawandels haben. So sind Folgen, die die Kryosphäre und

Hydrosphäre betreffen, besonders häufig und an verschiedenen Stellen genannt worden. Was

die Folgen des Klimawandels auf den Meeresspiegel betrifft, glauben fast alle, dass dieser

ansteigen wird und geben Auswirkungen eines Anstiegs an, wie auch bei Shepardson et al.

(2011b, S. 497).

Bei Extremwetterereignisse wurde behauptet, dass diese extremer, länger und häufiger auf-

treten werden und es wurde sogar von einigen ein Zusammenhang zum Klimawandel her-

gestellt.

Fast einstimmig wurde behauptet, dass die Menge an Schnee und Eis auf der Erde abnimmt, so

wurden das Abschmelzen der Polkappen und die daraus resultierenden Folgen mehrfach und

an unterschiedlichen Stellen angeführt. Auf Österreich bezogen glauben die Befragten, dass es

in Zukunft weniger und einige sogar, dass es gar keinen Schnee mehr geben wird. Was

allgemein die Menge an Niederschlag anbelangt, werde es Veränderungen geben, aber zu

gleichen Teilen wird behauptet, dass die Niederschlagsmenge mehr und weniger wird. Bei

Shepardson et al. (2011b, S. 497) wird hingegen nur davon gesprochen, dass die Schülerinnen

und Schüler glauben, dass die Niederschlägen zunehmen werden. Sehr eindeutig wird

behauptet, dass die Gebirgsgletscher weltweit schmelzen werden. Was die Jahreszeiten

betrifft, ist die Meinung von einigen Jugendlichen, dass es keine Veränderung geben wird.

Allerdings stehen dieser Meinung mehr als die Hälfte der Schülerinnen und Schüler entgegen.

Dabei wird behauptet, dass diese verschwinden oder sich verschieben werden bzw. nicht mehr

klar getrennt werden können.

Im Gegensatz zu Kilinc et al. (2008, S. 92) wurden von den Schülerinnen und Schülern bei der

Untersuchung für diese Arbeit Erdbeben, Herzprobleme, verunreinigtes Trinkwasser oder

Hautkrebs nicht als mögliche Folgen eines Klimawandels genannt.

Sehr große Schwierigkeiten gibt es bei der Erklärung des Treibhauseffektes. Dort sind sehr

große Missverständnisse und fehlerhafte Schülervorstellungen vorhanden. Alle Vorstellungen

123

lassen sich durch einen Vorgang beschreiben, bei dem Sonnenstrahlen in der Atmosphäre

eingefangen werden, wie auch bei Kilinc et al. (2008, S. 92).

Am häufigsten ist die Vorstellung einer Gasschicht in der Atmosphäre anzutreffen. Dabei

gelangen Sonnenstrahlen ungehindert durch diese Schicht und werden zwischen

Erdoberfläche und Gasschicht mehrfach reflektiert und daraus entstehe eine Erwärmung der

Atmosphäre. Diese Gasschicht wird wechselnd aus Kohlendioxid, Ozon oder Abgasen von den

Schülerinnen und Schülern aufgebaut.

Diese gefundene Vorstellung lässt sich auch mit den Modellen von Andersson & Wallin (2000,

S. 1107) oder mit den detaillierteren Modellen von Koulaidis & Christidou (1999, S. 564 und,

S. 566) vergleichen und ist ebenso bei Shepardson et al. (2011b, S. 490) zu finden.

Dass diese Schülervorstellung besonders häufig verbreitet ist, könnte an den Abbildungen in

manchen Schulbüchern liegen (siehe Kapitel 2.2.3 und Shepardson et al. 2011b, S. 495)).

Die Tatsache, dass Abgase von Autos und/oder Fabriken in die Beschreibung des

Treibhauseffektes eingebaut werden, ist ebenfalls bei Koulaidis & Christidou (1999, S. 566–

567) zu finden. Wieder könnten Schulbücher für diese Schülervorstellung verantwortlich sein

oder diese bestätigen, denn es sind viele Darstellungen des Treibhauseffektes in den

Schulbüchern zu finden, wo Abgase (in Form von Rauchwolken) abgebildet sind.

Eine weitere Vorstellung war, dass Treibhausgase die Ozonschicht zerstören, wodurch mehr

Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche gelangen und diese erwärmen oder, dass die

Ozonschicht die Sonnenstrahlen einfängt und nicht mehr entweichen lässt, wie auch bei Kilinc

et al. (2008, S. 92–93) beschrieben wurde. Dieselbe Schülervorstellung ist auch von Koulaidis

& Christidou (1999) beschrieben worden. Allerdings gelangt dort durch die Ozonlöcher mehr

ultraviolette Strahlung auf die Erde und diese wird durch Reflexionen zwischen Erdoberfläche

und Ozonschicht gefangen, was zur Erwärmung führt (vgl. Koulaidis & Christidou 1999, S.

566). Bei der Erhebung für die vorliegende Arbeit wurde der Begriff der ultravioletten

Strahlung nicht von den Schülerinnen und Schüler genannt.

Eine besonders interessante Schülervorstellung war, dass der Treibhauseffekt der Vorgang der

Treibhausgasproduktion sei.

Von der Hälfte der Schülerinnen und Schüler wurde der Treibhauseffekt als Grund für den

Klimawandel genannt. Allerdings wurde der natürliche Treibhauseffekt nie explizit genannt,

genauso wie bei Niebert (2010, S. 48). Es wird also nur der anthropogene Treibhauseffekt von

den Schülerinnen und Schülern mit dem Begriff Treibhauseffekt in Verbindung gebracht.

Ebenfalls wurde nie zwischen Sonnenstrahlung und terrestrischer Infrarotstrahlung

unterschieden. Die Vorstellung der Schülerinnen und Schüler war immer, dass es zu einer

Reflexion an der Erdoberfläche kommt.

124

Nur einzelne Jugendliche nehmen einen klimaskeptischen Standpunkt ein und behaupten, dass

der Mensch keinen Einfluss auf den Klimawandel habe. Immerhin ein Drittel der Befragten

behaupten, dass es den Klimawandel schon immer gegeben habe und dass die derzeitige

Veränderung nicht ungewöhnlich sei. Ebenso wurde behauptet, dass natürliche Vorgänge

ausreichen würden, um den Klimawandel zu erklären, dass es Extremereignisse schon immer

gegeben habe sowie dass sich nichts an der Schnee und Niederschlagsmenge ändern wird. Dies

sind auch die gängigen Aussagen der „Klimaskeptiker“ (siehe Kapitel 2.3). Ebenso glauben

Schülerinnen und Schüler, dass es schon vorkommt, dass Fehlmeinungen zum Thema

Klimawandel über unterschiedliche Medien verbreitet werden.

Als wichtigste Informationsquellen wurden Fernsehen und Internet vor den Printmedien und

der Schule gewählt, wie auch bei Liarakou et al. (2011, S. 94), während bei Kilinc et al. (2008,

S. 93) das Internet als Informationsquelle eine untergeordnete Rolle spielte.

Die Fragen waren für die Schülerinnen und Schüler nach eigener Einschätzung eher leicht zu

beantworten, wobei die Schülerinnen es eher weniger leicht fanden als die Schüler. Auf die

Frage, ob es sich alle Befragten zutrauen, alle Fragen zum Klimawandel zu beantworten,

nahmen diese eine neutrale Position ein, im Gegensatz zur Studie von Chhokar et al. (2012, S.

140), wo 82 % der Befragten behaupteten, dass sie hohes Wissen oder zumindest etwas über

den Klimawandel wissen. Ebenso wurde bei der Frage, ob Wissen aus der Schule ausreichend

sei, um die häufig gestellten Fragen beantworten zu können, eine neutrale Position gewählt.

Die Schülerinnen und Schüler meinen auch, dass Wissen über den Klimawandel eher wichtig

für ihre persönliche Zukunft sein könnte, wobei die Schülerinnen es als wichtiger empfinden.

Die befragten Schülerinnen und Schüler zeigen allgemein weder Interesse noch Desinteresse

am Thema Klima und Klimawandel, wobei Schülerinnen gesondert betrachtet es eher

interessant finden als Schüler. Dies entspricht den Ergebnissen der ROSE-Studie (vgl. Sjøberg

& Schreiner 2010, S. 21; Holstermann & Bögeholz 2007, S. 75–76) und stellt somit ein besseres

Bild dar, als in der IPN-Interessenstudie. Dort waren sämtliche Kontexte, die im

Physikunterricht gewählt werden können für Schülerinnen weniger interessant als für Schüler

(vgl. Häußler & Hoffmann 1995, S. 111–113). Auf die Frage, ob das Thema Klimawandel nicht

genug in der Schule behandelt wird und ob sich die Schülerinnen und Schüler wünschen, dieses

Thema vermehrt im Unterricht zu behandeln, reagierten sie neutral. Schüler finden eher, dass

das Thema nicht genug in der Schule behandelt wird und Schülerinnen wünschen sich eher,

dass es mehr eingebunden wird. Jene, die sich mehr Einbindung wünschen, zeigen auch ein

höheres Interesse an dem Thema. Das geht auch aus den Ergebnissen von Häußler & Hoffmann

(1998, S. 53–54) heraus. Dort wurde auch behauptet, dass die Interessen der Schülerinnen und

Schüler nicht mit den im Unterricht angebotenen Kontexten übereinstimmend.

125

5. Resümee

Obwohl die erhobenen Daten sehr gut die bisher durchgeführten Studien widerspiegeln, muss

an dieser Stelle erwähnt werden, dass die Ergebnisse aus einer sehr kleinen Stichprobe

herkommen (N=34) und die beteiligten Schülerinnen und Schüler nur aus zwei Grazer Schulen

und einer Schule aus Leibnitz stammen. Um allgemeine Schlüsse über den Kenntnisstand,

vorhandene Schülervorstellungen und Fehlvorstellungen ziehen zu können, sollte die Studie

größer angelegt werden. Ein weiterer Punkt, der nicht beachtet wurde und sicherlich

interessante Einblicke bieten würde, würde das Fachwissen der Lehrerinnen und Lehrer

darstellen sowie einen Vergleich zwischen den Ergebnissen der Schülerinnen und Schüler und

jenen der Lehrerinnen und Lehrer.

Wie Shepardson et al. (2011b) sehr gut zusammenfassen: “[…] the students’ conceptions as a

whole are similar to the IPCC findings, albeit less complex” (Shepardson et al. 2011b, S. 498). So

lässt sich auch hier feststellen, dass die Aussagen der befragten Schülerinnen und Schüler

denen des IPCC sehr ähnlich sind und klimaskeptische Aussagen nur von einigen wenigen

getätigt wurden. Die mangelnde Komplexität in den Vorstellungen der Jugendlichen ist vor

allem bei den Kenntnissen über den Strahlungshaushalt oder über die Zusammenhänge im

Klimasystem festzustellen.

Sehr gute Kenntnisse sind über Folgen des Klimawandels bei den Schülerinnen und Schülern

festzustellen.

Die vorhandenen fehlerhaften Schülervorstellungen, die vor allem bei der Erklärung des

Treibhauseffektes auftreten, sind möglicherweise den Schulbüchern verschuldet. Dort sind

teilweise Abbildungen zu finden, die ohne Erklärung und Hinweise auf die dargestellten

Analogien seitens der Lehrperson die Schülervorstellungen entweder ausbilden oder die schon

vorhandenen bestätigen. Die gefundenen Schülervorstellungen sind quer durch die Literatur

über viele Jahre hinweg mit wenig Veränderung zu finden.

Was den Umgang mit dem Klimawandel betrifft, ist die überwiegende Mehrheit der Meinung,

dass dieser verhindert werden sollte und nicht ignoriert werden kann.

Das Interesse der Schülerinnen und Schüler ist nicht all zu hoch anzusetzen, allerdings bei den

Schülerinnen etwas höher, diese wünschen sich auch eine vermehrte Einbindung des Themas

im Unterricht. Die befragten Schüler zeigten ein etwas geringeres Interesse, finden allerdings,

dass das Thema nicht genug im Unterricht behandelt wird.

Daraus kann geschlossen werden, dass ein häufigeres Beschäftigen mit dem Thema Klima und

Klimawandel im Sinne der Schülerinnen und Schüler ist, wenn die bekannten fehlerhaften

Vorstellungen in der Unterrichtsplanung (didaktische Rekonstruktion) eingebunden werden.

126

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132

7. Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Charakteristische Zeiten atmosphärischer Phänomene (Quelle: Schönwiese 2013, S. 48) 5

Abbildung 2: Beziehung zwischen räumlich- horizontaler Anordnung und charakteristischen Zeiten

von atmosphärischen Phänomenen. (Quelle: Schönwiese 2013, S. 54) 6

Abbildung 3: Schematische Darstellung der Komponenten des Klimasystems und deren

Wechselwirkungen. (Quelle: IPCC 2007, S. 6) 7

Abbildung 4: Klima-Rückkopplungen und Zeitskala in der die Rückkopplungen ablaufen. Positive

Rückkopplungen (+), negative Rückkopplungen (-) und solche die sowohl positive als auch

negative Rückkopplungen sind (+/-).(Quelle: IPCC 2013b, S. 128) 16

Abbildung 5: Elektromagnetisches Strahlungsspektrum. (Quelle: Malberg 2007, S. 38) 19

Abbildung 6: Das Spektrum der Sonne im Vergleich zu einer Schwarzkörperstrahlung bei 5770K.

(Quelle: Lean 1991, S. 506) 21

Abbildung 7: Abschätzung der jährlich und global gemittelten Energiebilanz der Erde. (Quelle: IPCC

2007, S. 4) 21

Abbildung 8: Idealisiertes Bild des natürlichen Treibhauseffektes. (IPCC 2007, S. 8) 22

Abbildung 9: Spektrale Verteilung der Intensität I in Abhängigkeit von Wellenlänge und Frequenz.

(Quelle: Meschede & Vogel 2010, S. 613) 23

Abbildung 10: Global gemittelte CO2-Konzentration trockener Luft und momentane Zuwachsraten des

global gemittelten atmosphärischen CO2 (Quelle: IPCC 2013b, S. 167). 25

Abbildung 11: Global gemittelte und momentane Zuwachsrate der N2O-Konzentration in trockener

Luft (Quelle: IPCC 2013b, S. 168). 26

Abbildung 12: Milankovitchzyklen und ihre Periodizität (Quelle: Bubenzer & Radtke 2007, S. 19) 29

Abbildung 13: Zusammenfassung der wichtigsten Komponenten des Strahlungsantriebs des

Klimawandels. (Quelle: IPCC 2007, S. 11). 30

Abbildung 14: Globale Mitteltemperaturanomalie von 1850 bis 2012. (Quelle: IPCC 2013c, S. 6) 34

Abbildung 15: Temperaturanomalien in °C, bezogen auf den Zeitraum 1901-1950, Meereisausdehnung

und Entwicklung des Wärmeinhaltes der Ozeane. (Stocker et al. 2013, S. 74) 35

Abbildung 16: Verlauf der CO2-Konzentration und des Klimas über die letzten 600 Millionen Jahre.

(Quelle: Royer et al. 2004, S. 6). 39

Abbildung 17: Die abrupte Klimaveränderung ersichtlich in der Kohlenstoffzusammensetzung in

mehreren Sedimentbohrkernen. (Quelle: Zachos et al. 2001, S. 690) 40

Abbildung 18: Klimakurven seit Ende des Tertiärs. (Quelle: Auer et al. 2014, S. 250) 42

Abbildung 19: Rekonstruktion der Temperaturanomalie. (Quelle: Mann & Jones 2003, S. 3). 44

Abbildung 20: Szenarien für Strahlungsantriebe für den Zeitraum 1980 bis 2100. (Collins et al. 2013, S.

1053) 49

133

Abbildung 21: Globale jährliche mittlere Temperatur-Anomalie (bezogen auf den Zeitraum 1986-

2005), berechnet aus CMIP5-Modellen. (Quelle: Collins et al. 2013, S. 1054). 51

Abbildung 22: Gegenüberstellung von globalem Mittel des Niederschlags und Temperaturänderung

(Quelle: Collins et al. 2013, S. 1056) 52

Abbildung 23: Schematische Darstellung der Veränderungen im Wasserkreislauf. (Quelle: Collins et al.

2013, S. 1085) 54

Abbildung 24: Projektionen für den Zeitraum 2081-2100 der durchschnittlichen prozentuellen

Änderung des durchschnittlichen Niederschlags. (Quelle: Stocker et al.. 2013, S. 91) 54

Abbildung 25: Erwartete Anstiege des mittleren globalen Meeresspiegels bis 2100 (Quelle: IPCC-

Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 24) 55

Abbildung 26: Veränderung des relativen Meeresspiegels im Zeitraum 2081-2100 im Vergleich zur

Periode 1986- 2005. (Quelle: Stocker et al. 2013, S. 101) 56

Abbildung 27: Meereisausdehnung auf der Nordhalbkugel. (Quelle: Stocker et al. 2013, S. 92) 57

Abbildung 28: Abweichung der Schneebedeckung im Frühling auf der Nordhalbkugel und

oberflächennahe Permafrostfläche auf der Nordhalbkugel. (Quelle: Stocker et al. 2013, S. 93) 58

Abbildung 29: Modelle zu Schülervorstellungen des Treibhauseffektes (Quelle: Andersson & Wallin

2000, S. 1103) 69

Abbildung 30: Modelle zu Schülervorstellungen des Treibhauseffektes (Quelle: Vgl. Koulaidis

& Christidou 1999, S. 565–567) 71

Abbildung 31: Gewächshäuser als Analogie für den Treibhauseffekt. 76

Abbildung 32: Schulbuchabbildungen, die Schülervorstellungen bestätigt.(Quelle: Reitinger, Fischer

& Novak 2009, S. 49) 77

Abbildung 33: Darstellung von globalen Umweltproblemen. (Quelle: Raab & Reiter 1992, S. 81) 80

Abbildung 34: Das Interesse am Unterrichtfach Physik im Laufe der Schulzeit. (Quelle: Häußler

& Hoffmann 1995, S. 112) 83

Abbildung 35: Interesse an den jeweiligen Kontexten und Wahrnehmung des Unterrichtsangebotes

von den Schülerinnen und Schülern .(Häußler & Hoffmann 1998, S. 54) 83

Abbildung 36: Einstellungen der Schülerinnen und Schüler in Bezug auf Umweltschutz. (Quelle:

Sjøberg & Schreiner 2010, S. 22) 85

Abbildung 37: Wissenschaft und Technik werden alle Umweltprobleme lösen. (Quelle: Sjøberg

& Schreiner 2010, S. 23) 85

Abbildung 38: Mittelwerte des Interesses aufgetragen über den jeweiligen Kontexten. (Quelle:

Holstermann & Bögeholz 2007, S. 75) 86

Abbildung 39: Skizzen der Schülerinnen und Schüler zur Erklärung des Treibhauseffektes. (Quelle:

Abbildungen von Schülerinnen und Schülern) 99

Abbildung 40: Wie einfach es war die Fragen zum Klimawandel im ersten Teil des Fragebogen zu

beantworten. (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS) 105

134

Abbildung 41: Wie einfach es war die Fragen zum Klimawandel im ersten Teil des Fragebogen zu

beantworten. (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS) 105

Abbildung 42: Sind genaue Kenntnisse zum Thema Klima und Klimawandel wichtig für die persönliche

Zukunft? (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS) 106

Abbildung 43: Existiert der Klimawandel? (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS) 107

Abbildung 44: Kann der Klimawandel ignoriert werden? Reicht es aus, sich an die Folgen des

Klimawandels anzupassen? (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS) 108

Abbildung 45:Sollte versucht werden, den Klimawandel zu verhindern? (Quelle: Eigene Grafik,

hergestellt mit SPSS) 109

Abbildung 46: Werden Fehlmeinungen zum Thema Klimawandel verbreitet? (Quelle: Eigene Grafik,

hergestellt mit SPSS) 110

Abbildung 47: Werden Fehlmeinungen verbreitet? Aufgeteilt nach Schulschwerpunkt. (Quelle: Eigene

Grafik, hergestellt mit SPSS) 111

Abbildung 48: Trauen es sich die Schülerinnen und Schüler zu, richtige von Fehlmeinungen

unterscheiden zu können (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS) 111

Abbildung 49: Verteilung der Auswahl der vorgegeben Informationsquellen. (Quelle: Eigene Grafik,

hergestellt mir EXCEL) 112

Abbildung 50: Frage nach dem Interesse am Thema Klima und Klimawandel. (Quelle: Eigene Grafik,

hergestellt mit SPSS) 113

Abbildung 51: Behandlung des Themas Klima und Klimawandel in der Schule. (Quelle: Eigene Grafik,

hergestellt mit SPSS) 115

Abbildung 52: Behandlung des Themas Klima und Klimawandel in der Schule. (Quelle: Eigene Grafik,

hergestellt mit SPSS) 115

Abbildung 53: Unterrichtsfächer, in denen das Thema Klimawandel besprochen wurde. (Quelle: Eigene

Grafik, hergestellt mit EXCELL) 117

Abbildung 54: Reichen die Kenntnisse aus der Schule aus um die Fragen aus Teil eins des Fragebogens

zu beantworten? (Quelle: Eigene Grafik, hergestellt mit SPSS) 118

135

8. Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Zusammensetzung der trockenen Atmosphäre (Vgl. Hupfer et al. 2005, S. 27; Malberg 2007,

S. 6) 8

Tabelle 2: Beispiele für die Albedo bestimmter Oberflächen (Vgl. Hupfer et al. 2005, S. 49) 10

Tabelle 3: Die globale Konzentration von CO2 und CH4 im Jahr 2015 (Vgl. Willett et al. 2016, S. 7) 32

Tabelle 4: Emissionsszenarien (Vgl. IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 17). 48

Tabelle 5: Jährliche mittlere Oberflächentemperaturanomalie (Quelle: Collins et al. 2013, S. 1055) 51

Tabelle 6: Zusammenfassung der Projektionen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts für die Szenarien

RCP2.6 und RCP8.5 (Vgl. IPCC- Deutsche Koordinierungsstelle 2013, S. 17–24) 58

Tabelle 7:Abbildungen aus Schulbüchern zum Thema Treibhauseffekt 77

Tabelle 8:Gelungene Darstellungen des Treibhauseffektes 80

Tabelle 9: Aussagen von "Klimaskeptikern" und ein Verweis auf das Kapitel dieser Arbeit, wo die

Grundlage für eine Widerlegung dieser Aussage zu finden ist. 90

136

9. Abkürzungsverzeichnis

A Fläche [m2]

AHS Allgemeinbildende Höhere Schule

APCC Austrian Panel on Climate Change

Ar Argon

c Ausbreitungsgeschwindigkeit der Strahlung [ms-1]

C Kohlenstoff

Ca Kalzium

CaSiO3 Tafelspat

CH4 Methan

CO Kohlenmonoxid

CO2 Kohlendioxid

DG Darstellende Geometrie

E Energie [J]

ENSO El Niño- Southern Oscillation

f Frequenz [Hz]

FCKW Fluorchlorkohlenwasserstoff

H2 Wasserstoff

H2CO3 Kohlensäure

H2O Wasser

HCO3 Bikarbonat

He Helium

IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change

IPN Institut für Pädagogik in Naturwissenschaften und Mathematik

Kr Krypton

N Stichprobenumfang

N2 Stickstoff

N2O Lachgas

NAO nordatlantische Oszillation

Nawi Naturwissenschaft

Ne Neon

NO Stickoxid

NO2 Stickoxid

O2 Sauerstoff

O3 Ozon

137

ppm parts per million

Q Strahlungsenergie [ J ]

R Radius [m]

RCP Representative Concentration Pathway/ Repräsentative

Konzentrationspfade

ROSE The Relevance of Science Education

rs Rangkorrelation nach Spearman (Spearman ρ)

SiO2 Siliziumoxid

So Solarkonstante

T Temperatur [°C]

t Zeit [s]

UV Ultraviolett

WMO World Meteorological Organization

Xe Xenon

ZAMG Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik

α Albedo

ε Emissivität

λ Wellenlänge [µm]

σ Stefan Boltzmann Konstante

138

10. Anhang:

KLIMA UND KLIMAWANDEL

Der folgende Fragebogen ist zur Datenerhebung betreffend Klima und Klimawandel gedacht. Er dient

nur zum Verfassen meiner Diplomarbeit. Alle Angaben werden anonym und vertraulich behandelt. Bitte fülle den Fragebogen gewissenhaft und genau aus. Danke.

Geschlecht: □ männlich □ weiblich

Alter: ______Jahre

Klasse: □ 7. Klasse (11. Schulstufe)

□ 8. Klasse (12. Schulstufe)

Welchen Schultyp besuchst du

und welche Schule:

□AHS □ BHS

Schule:

Zweig/Schwerpunkt:

Datum:

Erster Teil: Fragen zum Thema Klimawandel.

1. Was ist der Unterschied zwischen Wetter und Klima?

2. Welche Faktoren bestimmen das Klima der Erde?

3. Wie tragen menschliche Aktivitäten zum Klimawandel bei und wie sieht der Vergleich mit

natürlichen Einflüssen aus?

139

4. Woher wissen wir, dass sich die Erde erwärmt?

5. Ist der gegenwärtige Klimawandel ungewöhnlich, verglichen mit früheren Änderungen in der

Erdgeschichte?

6. Kann die Klimaerwärmung im 20. Jahrhundert durch natürliche Vorgänge erklärt werden?

7. Was ist der Treibhauseffekt?

8. Haben menschliche Aktivitäten den Anstieg an atmosphärischem Kohlendioxid und anderen

Treibhausgasen während des Industriezeitalters verursacht?

140

9. Was verursachte die Eiszeiten und andere wichtige Klimaänderungen vor dem industriellen

Zeitalter?

10. Haben sich Extremereignisse wie Hitzewellen, Dürren, Überschwemmungen und Wirbelstürme

verändert? Lassen Veränderungen des Erdklimas Veränderungen bei Extremereignissen wie

Hitzewellen, Dürren oder Überschwemmungen erwarten?

11. Nimmt die Menge an Schnee und Eis auf der Erde (z.B. in Grönland, Arktis und Antarktis) ab?

12. Gibt es in Österreich bald keinen Schnee mehr? Wie sieht es allgemein mit dem Niederschlag

in Österreich aus?

13. Verschwinden die Gebirgsgletscher? Verschwinden die Gletscher in

Österreich?

141

14. Verschwinden die Übergangsjahreszeiten Frühling und Herbst?

15. Steigt der Meeresspiegel an? Welche Auswirkungen hat ein ansteigender Meeresspiegel?

16. Wie wahrscheinlich sind wesentliche oder abrupte8 Klimaänderungen wie z. B. das

Abschmelzen der Eisschilde oder Veränderungen der globalen Ozeanzirkulation (Nordatlantikstrom)?

(Wie man es zum Beispiel aus Katastrophenfilmen kennt)

17. Wie zuverlässig sind die Simulationsmodelle, die für Vorhersagen zukünftiger

Klimaänderungen benutzt werden?

8 „Abrupt“ bedeutet, dass Veränderungen durch eine Störung viel schneller auftreten als die Störung selbst, die die Veränderungen verursacht hat.

142

Zweiter Teil: Persönlicher Umgang mit dem Thema Klima und Klimawandel

1. Kreuze Zutreffendes an (nur einfache Wahl möglich):

1: „trifft voll und ganz zu“ bis 5: „trifft ganz und gar nicht zu“; k. A: „keine Angabe möglich“

1 2 3 4 5 k.A.

Die im Teil 1 gestellten Fragen zu beantworten, war einfach. □ □ □ □ □ □

Lassen sich die Fragen vom Teil 1 allein mit dem Wissen aus der

Schule beantworten? □ □ □ □ □ □

Glaubst du persönlich, dass der Klimawandel existiert? □ □ □ □ □ □

Kannst du alle wichtigen Fragen zum Thema Klima und

Klimawandel korrekt beantworten? □ □ □ □ □ □

Glaubst du, dass man den Klimawandel ignorieren kann? □ □ □ □ □ □

Glaubst du, dass viele Fehlmeinungen zum Klimawandel

verbreitet werden? □ □ □ □ □ □

Reicht es aus, sich nur an die Folgen des Klimawandels

anzupassen? □ □ □ □ □ □

Sollte man versuchen, den Klimawandel zu verhindern? □ □ □ □ □ □

2. Woher beziehst du deine Informationen zum Thema Klimawandel? Zutreffendes bitte

ankreuzen (auch mehrfache Wahl möglich).

□Zeitungen und Zeitschriften □Internet und Fernsehen

□Freunde und Familie □Schule

□Sonstige:________________

3. Kannst du einige Quellen explizit angeben, woher du deine Informationen beziehst?

4. In welchen Unterrichtsfächern wird über das Thema Klimawandel gesprochen?

143

5. Kreuze Zutreffendes an (nur einfache Wahl möglich):

1: „trifft voll und ganz zu“ bis 5: „trifft ganz und gar nicht zu“; k. A: „keine Angabe möglich“

1 2 3 4 5 k.A.

Bist du sehr an dem Thema Klima und Klimawandel

interessiert? □ □ □ □ □ □

Glaubst du, dass dieses Thema genügend in der Schule

behandelt wird? □ □ □ □ □ □

Würdest du dir wünschen, dass das Thema Klima und

Klimawandel häufiger in der Schule besprochen wird? □ □ □ □ □ □

Glaubst du, dass eine genauere Kenntnis über das Thema

Klimawandel wichtig für dein zukünftiges Leben sein könnte? □ □ □ □ □ □

Glaubst du, dass du richtige von Fehlinformationen zum Thema

Klima und Klimawandel unterscheiden kannst? □ □ □ □ □ □