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Kann Geoengineering das Klimaproblem lösen?

06.12.2012 von

Zurzeit läuft die 18. UN-Klimakonferenz COP 18 in Katar. Wir alle verfolgen die Vorgänge mit Spannung und hoffen, dass endlich eine verbindliche Nachfolgeregelung für das ausgelaufene Kyoto-Protokoll vereinbart wird. Die häufigen Rückschläge in den Klimaverhandlungen der letzten Jahre haben den öffentlichen und politischen Diskussionen um Geoengineering Schub verliehen. Kann Geoengineering das Klimaproblem lösen, falls die Staaten keine Vereinbarung finden?

Unter Geoengineering versteht man das vorsätzliche Eingreifen des Menschen in das Klimasystem mit dem Ziel, den Klimawandel zu stoppen. Daher gilt Geoengineering neben Emissionsreduktionen als weitere Möglichkeit, das Klimaproblem anzugehen. Obwohl es eine ganze Reihe von theoretischen Überlegungen zu Geoengineering gibt, konzentrieren wir uns hier auf eine der bekanntesten Methoden: das Einbringen von Sulfat-Aerosolen in die Stratosphäre. Diese Technik zielt darauf ab, die Einstrahlung der Sonne zu reduzieren und somit die Erdatmosphäre zu kühlen.

Nebeneffekte von Sulfat-Geoengineering

Kann Sulfat-Geoengineering tatsächlich das Klimaproblem lösen? Und wenn ja, zu welchem Preis? Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass Sulfat-Geoengineering zwar das Klima kühlen kann, dass jedoch ungewiss ist, wie viel Sulfat man dafür benötigen würde. Es könnte daher sein, dass wir mit Sulfat-Geoengineering das Klima zu wenig oder zu stark kühlen. Weitere bisher erwiesene Nebeneffekte wären der Abbau von Ozon und somit eine verzögerte Erholung des Ozonlochs, sowie ein verringerter Monsun in Indien und Afrika. Letzteres könnte in diesen Ländern eine lebensbedrohende Lebensmittelknappheit auslösen.

Sulfat-Geoengineering beeinflusst Wolken

Auch unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich mit dem Thema Geoengineering. Unter anderem haben wir herausgefunden, dass Sulfat-Geoengineering Wolken beeinflussen kann: Zirruswolken, die nur aus Eis bestehen und oft als Schleierwolken hoch oben am Himmel zu sehen sind, würden bei Sulfat-Geoengineering aus weniger Eiskristallen gebildet.

Nun könnte man denken: Ist doch nicht so wichtig, ob in Zirruswolken 50 oder 100 Eiskristalle in einem Kubikmeter Luft zu finden sind. Doch, es ist wichtig: Die Anzahl Eiskristalle bestimmt darüber, ob Zirruswolken unsere Erdatmosphäre wärmen oder kühlen. Wenn weniger Eiskristalle vorhanden sind, werden Zirruswolken zunehmend kühlen.

Können wir jemals alle Risiken abschätzen?

Natürlich könnten Geoengineering-Befürworter unsere Untersuchungen nun positiv auslegen und sagen, dass der Einfluss von Sulfat-Geoengineering auf Zirruswolken die gewünschte Abkühlung noch verstärkt. Unser Anliegen ist jedoch ein anderes: Wir möchten viel mehr darauf aufmerksam machen, dass mit dem Thema Sulfat-Geoengineering noch immer grosse Unsicherheiten verbunden sind. Bisher hatte man nur spekuliert, ob es solche Einflüsse auf Zirruswolken gibt, nun haben wir gezeigt, dass dem so ist. Was jedoch ist mit all den andern Nebeneffekten, über die wir noch nicht einmal spekuliert haben?

Wie viele und welche unerwünschten Effekte Geoengineering mit sich bringt, wird niemals vollständig zu ermitteln sein mit theoretischen Überlegungen und Klimamodellen. Erst, wenn man tatsächlich Sulfat in die Stratosphäre einbringt, wird man das Ausmass der Auswirkungen abschätzen können. Dann jedoch ist es vermutlich zu spät, um sich auf unerwünschte Nebeneffekte einzustellen.

Zur Autorin

Miriam Kübbeler ist Doktorandin im Bereich Zirrusmodellierung in der Professur für Atmosphärenphysik der ETH Zürich. Persönliches Zitat und Biografie





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Der New York Times-Beitrag Geoengineering: Our Last Hope, or a False Promise? vom 26.Mai 2013 bringt besonders überzeugende Einwände gegen globales Sulfat-Geoengineering:

1) Nebenwirkungen des Sulfat-Geoengineering könnten nicht von Wirkungen der Erderwärmung unterschieden werden (Zitat): „If after five years of filtered sunlight a disaster occurred — a drought in India and Pakistan, for example, a possible effect in one of the modeling studies — we would not know whether it was caused by global warming, the solar filter or natural variability.“

2) Die Wirkung wäre global vorhanden, lokal aber ganz unterschiedlich ausgeprägt: „And if India suffered from the effects of global dimming while the United States enjoyed more clement weather, it would matter a great deal which country had its hand on the global thermostat.“

Und dann kommt der Artikel genau mit dem Beispiel eines Notfall-Geoengineerings, den ich unten erwähnt habe (Selbst-Zitat)„Nehmen wir den hypothetischen Fall, dass ein grosser Teil von Südchina durch die anthropogene Klimaveränderung landwirtschaftlich kaum mehr nutzbar ist. Nur Geoengineering kann dann noch helfen, denn eine Reduktion des CO2-Austosses wirkt sich erst nach vielen Jahrzehnten aus. Und China wird dann nicht an globalem, sondern an regionalem Geoengineering interessiert sein.”
In der NYT liest sich das so:
„We can imagine a situation 30 years hence in which the Chinese Communist Party’s grip on power is threatened by chaotic protests ignited by a devastating drought and famine. If the alternative to losing power were attempting a rapid cooling of the planet through a sulfate aerosol shield, how would it play out?”
Solche Überlegungen machen klar, dass Sulfat-Geoengineering wenn überhaupt, dann nur in Notfällen eingesetzt wird und dann eben regional, nicht global.

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Die beiden Beiträge zum Geoengineering auf dem ETH-Klimablog, nämlich Geoengineering – Ein gefährliches Spiel mit Aerosolen? und Kann Geoengineering das Klimaproblem lösen? gehen beide von der Annahme aus, Geoengineering könnte als Lösung des Klimaproblems gesehen werden und weisen dann nach, dass es keine Lösung ist, oder mit den Worten von Prof. Ulrike Lohmann:
„Eine generelle Schwäche von Geoengineering-Vorschlägen ist, dass das Problem des anthropogenen Klimawandels nicht an der Wurzel behandelt wird, sondern nur Symptome kuriert werden. ..
Stattdessen sollte wir den Fokus darauf legen, die Emissionen von Treibhausgasen schnell und signifikant zu reduzieren, um die negativen Auswirkungen des Klimawandels so gut es geht zu vermeiden.“

Doch wie wir – und wohl auch die Autorinnen dieser Beiträge – sehr wohl wissen ist Geoengineering, welches auf globaler Skala die Atmosphäre verändert, unter heutigen Verhältnissen politisch nicht durchzusetzen, denn es gibt keine globale Instanz, die so etwas legitimieren könnte. Der Kampf gegen Sulfatgeoengineering ist also ein Kampf gegen ein Phantom. Selbst andere globale Klimamassnahmen – wie ein globaler CO2-Preis – sind ja blosses Wunschdenken.

Sollten Klimakipppunkte überschritten werden, ändert sich das vielleicht, obwohl selbst ein
Arktic-Geoengineering nicht so einfach abzusegnen wäre. Sollte allerdings der Klimawandel zu alle 2 bis 5 Jahre auftretenden Hitzewellen a la USA 2012 führen, halte ich es sogar für sehr wahrscheinlich, dass Sulfataerosole gezielt regional zur Hitzewellenbekämpfung eingesetzt werden.

Dass es noch keinen Verusch der Hitzewellenbekämpfung mit Sulfataerosolen gab, obwohl die Wirkung in modellbasierten Studien nachgewisen wurde, zeigt, dass die Hürden für solche Massnahmen sehr hoch sind.

Fazit: Der Klimawandel ist global, alles menschliche handeln aber ist lokal.

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Sehr geehrte Frau Kübbeler,
Sie schreiben: „Es ist nicht möglich, Sulfat in die Stratosphäre beispielsweise über der USA zu injezieren und die Wolke dort zu halten. „
Das stimmt wohl, doch nach eine nur wenige Tage hintereinander wiederholte Injektion von Sulfat-Aerosol über den von einer Hitzewelle besonders betroffenen Region in den USA wird dort ihre Maximalwirkung haben und die Verdünnung auf die Gesamtatmosphäre wird andernorts kaum noch zu spüren sein.

Im Artikel Could aerosol emissions be used for regional heat wave mitigation? werden ein large-scale injection case und ein Smaller scale injection regions case geprüft.
Im ersten Fall (large case) wurden Sulfate in die untere Stratosphäre in 12 km Höhe injiziert, im weit realistischeren smaller scale injection case wurde nur 1/9 der large-case-Fläche abgedeckt und zudem darauf hingewiesen, dass eine noch gezieltere Injektion möglich wäre:
„Here the examples provide shading,
(i) to a region extending from the greater Los Angeles metropolitan area down to San Diego and a large region to the east, and
(ii) to a region surrounding Fresno in the Central Valley and extending down to San Bernardino.
It would be possible to tailor such regions more specifically to populated or agricultural areas, or to undertake continuous injections upstream of the region.“

Die applizierte Menge wäre 3.75 Gigagramm Schwefel pro Tag für die Hitzewellenapplikation gegenüber 10 Teragramm Schwefel jährlicher Atmosphäreninjektion bei globalem Geoengineering. Dies ist 1/2700 der Menge, die für ganzjähriges Geoengineering nötig wäre.

Fazit: Sulfat-Aerosol-Abkühlung im Falle von Hitzewellen hätte vor allem lokale Wirkungen und kaum globale.

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Liebe Frau Rohland,

vielen Dank für Ihren Kommentar.
Ja, ich denke auch, dass Geoengineering mit Sulfataerosolen eine so grosse Aufmerksamkeit geniesst, weil es 1) als günstig im Vergleich zu anderen Geoengineeringmassnahmen gilt und 2) man meint, die Risiken abschätzen zu können, da man das natürliche Analog durch Vulkanausbrüche kennt.
Ich stimmt Ihnen zu, dass Beobachtungen und Rekonstruktionen von grossen Vulaknausbrüchen unser Verständis bezüglich Sulfatgeoengineering verbessert haben.
Trotzdem ist es jedoch so, dass das Klimasystem unterschiedlich auf einen Vulkanausbruch und Sulfatgeoengeneering reagieren kann. Der Unterschied ist die Zeitspanne und die Menge der Sulfatinjektionen.

Die Studien von Alan Robock sind mir bekannt und soweit ich dies auf Konferenzen/Workshops zum Thema Geoengineering erlebt habe, werden diese Studien auch diskutiert. Mein Kommentar zu Auswirkungen auf den Monsun beziehen sich beispielsweise auf seine Studien von 2008.
Meine Erfahrungen zeigen, dass das Thema Geoengineering meist interdisziplinär diskutiert wird und auf Konferenzen sowhol Naturwissenschaftler als auch Juristen des Internationalen Rechts und Wirtschaftswissenschaftler vor Ort sind. Ich finde dies ist sehr wichtig, denn der Austausch zwischen verschiedenen Disziplinen ist meiner Meinung nach zwingend erforderlich. Trotzdem darf man nicht vergessen, dass jeder Wissenschaftler immer noch nur Profi auf seinem eigenen Gebiet ist und beispielsweise Naturwissenschftler daher die naturwissenschaftliche Seite mehr herausarbeiten.

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Lieber Martin Holzherr,

wenn ich Sie richtig verstehe, deuten Sie an, dass globales Sulfatgeoegngineering nicht möglich ist, da hier ein globales Abkommen nötig wäre, regionales Sulfatgeoengineering aber eine durchaus sinnvolle Massnahme wäre.
Das Problem, was hierbei eventuell übersehen wird, ist dass man eine Sulfatwolke nicht in der Atmosphäre an einem Ort halten kann. Es ist nicht möglich, Sulfat in die Stratosphäre beispielsweise über der USA zu injezieren und die Wolke dort zu halten. Aufgrund der Winde wird sich die Sulfatwolke sehr rasch (innerhalb weniger Wochen) einmal um den gesamten Globus verteilt haben und auch , nach und nach, zu den Polen ausweiten.

Ich gebe Ihnen in soweit recht, dass ein globales Klimaabkommen und somit auch eine globale Einigung über Geoengineering vielleicht illusorisch ist. Im Bezug auf Geoengineering mit Sulfat sehe ich jedoch keine Möglichkeit dies nur regional anzuwenden (s.o.) und schätze daher eine regionale Anwendung genauso gefährlich ein wie eine globale Anwendung.

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@Kommentar von Eleonora Rohland. 12.12.2012, 10:41

Sehr geerhter Frau Rohland,
Hungersnöte infolge Abkühlung nach dem Tambora-Ausbruch spricht nicht generell gegen Geoengineering mittels Sulfat-Aerosolen – falls sie das mit ihrerm Kommentar aussagen wollen.

In der Tat wirken sich Abkühlungsperioden wie die kleine Eiszeit oder eben das Jahr ohne Sommer meist negativ auf die Landwirtschaft aus. Doch auch Erderwärmungen dürften sich negativ auswirken, sonst wäre der anthropogene Klimawandel ja gar kein Problem.

Mit Sulfat-Aersolen will man eben gezielte Abkühlungen erreichen: genau soviel, dass man die anthropogene Erwärmung kompensiert. Allerdings ist das bereits ein Problem, wenn man dies global macht, also die ganze Erde in eine Sulfat-Aerosol-Woke einhüllt. Eine Globalsteuerung der Sulfat-Aersole würde wohl an einigen Orten zur gewünschten Abkühlung führen, an andern aber zuwenig oder zuviel abkühlen.
Doch neben der Abkühlung gibt es auch noch Veränderungen der Niederschläge und andere nicht genau vorhersehbare Effekte.

Man kommt auf alle Fälle zum Schluss, dass globales Geongineering, egal mit welcher Methode wohl kaum globale Zustimmung erhalten wird. Das ist genau der Grund, dass immer mehr Geoengeering-Forscher vom globalen Ansatz wegkommen und sich mehr damit beschäftigen, wie man das regionale Klima gezielt beeinflussen kann, denn wenn die US-Regierung das Klima in den USA verändert, dann verändert sie ein Gebiet über das sie Verfügungsrecht hat. Wenn sie aber das Klima von Kanada verändert, dann muss sie mit Einsprachen von der kanadischen Regierung rechnen.

Ganz allgemein berücksichtigen Klimaforscher zuwenig, dass es die Welt als Ganzes zwar für die Klimaforscher nicht aber für die Politiker dieser Welt gibt. Barack Obama hat nicht das Recht das chinesische Klima zu verändern und die chinesische Regierung darf nicht einfach das indische Klima verändern. Allenfalls wäre eine geringe globale Abkühlung als Konsens denkbar.

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Liebe Miriam, wenn ich den jüngsten Geoengineering Diskurs richtig verstehe, enstand der Konses, die Sulfat Aerosole weiter zu erforschen vor allem deshalb, weil es die einzige Technologie ist, die von der „Natur“ bereits durch Vulkanausbrüche, bei denen ebenfalls Schwefeldioxid in die Stratosphäre geschleudert wird, „erprobt“ worden ist. Unter anderem daher weiß man auch von dem Abkühlungseffekt. Das häufigste Beispiel, das dazu genannt wird ist der Pinatubo-Ausbruch 1991. Was mich als Klimahistorikerin etwas verwundert, ist dass in diesem sehr naturwissenschaftlich geprägten Diskurs über die Risiken der Sulfat Technologie konsequent nicht nach lokalen Effekten auf Bevölkerung(en) gefragt wird, sondern lediglich sehr allgemein von Einflüssen auf den Sommermonsun in Asien und Afrika und verwiesen wird. Es gibt jedoch – wenn wir schon das Vulkan-Pendant als Vorlage heranziehen – ein historisch gut erforschtes Beispiel, den Tambora-Ausbruch 1815, auch als „Das Jahr ohne Sommer“ bekannt…Dieser Vulkanausbruch führte ebenfalls zu einer weltweiten Abkühlung der Temperaturen. Dazu gibt es mittlerweile Klima-Rekonstruktionen, wie auch zahlreiche historische Studien, aus denen man erfahren kann, dass die globale Abkühlung in gesamt Europa und Nordamerika zu Hungersnöten und großräumigen Migrationsbewegungen führte. Auch der Geograph Alan Robock hat (2008) sehr kritische Studien zu diesen Auswirkungen vorgelegt. Leider werden sie jedoch von Sulfat-Forschern wie z.B. David Keith nicht rezipiert. Das bestehende Wissen über die Auswirkungen von Sulfat Aerosol-Schirmen nach Vulkanausbrüchen müsste eigentlich ausreichen, die Risiken dieser Technologie klar vor Augen zu führen. Im Zusammenhang mit der Technologie von „uncertainty“ zu reden ist sicher nicht falsch, was die längerfristigen globalen Auswirkungen von Vulkanausbrüchen als Parallele betrifft, siehen die Dinge durchaus klarer aus. In dieser den Menschen betreffenden Forschung ist mehr Interdisziplinarität…

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Hoi Michael,
ob Geoengineering überhaupt etwas bewirken kann wissen wir mangels Studien und Versuchen nicht (oder nur teilweise).

Mir geht es um folgendes: Geoengineering wie es (bis vor kurzem) auf dem ETH-Blog und in der Öffentlichkeit diskutiert wurde, ist eine Chimäre – und zwar in mehrfacher Hinsicht.
Zuerst kurz zur Geschichte: Geoengineering als Klima-Fix für die ganze Erde geht auf eine Idee von Cesare Marchtetti in den 1970ern zurück.
Hier im ETH-Klimablog wurden solche globalen Klimabeeinflussungen immer wieder als problematisiert. Doch schon das ist eine Chimäre: dass wir Probleme global lösen.

Die Illusion von der globalen Klimapolitik

Dass Geoengineering eine Lösung für den Planeten Erde sein könnte ist genau so eine Illusion wie die, dass alle Länder der Erde letztlich die gleichen Interesse an der Verhinderung des Klimawandels hätten. Dabei ist offensichtlich,
1) dass „Kohleländer“ wie die USA, China und Indien ihre Form der Energieversorgung nicht einfach so aufgeben wollen und können.
2) werden nicht alle Länder gleich stark vom Klimawandel betroffen und es gibt sogar Profiteure von der bisherigen Erwärmung: In vielen Provinzen Kanadas wird erst seit kurzem Getreide angepflanzt, weil es erst seit der Erwärmung überhaupt möglich ist.

Es gibt keine globale Raumfahrt, keine globale Medizin und nicht einmal eine UNO mit eingenständiger Exektuivgewalt.

Wie globale Lösungen in die Welt kommen

Kohle, Öl und Erdgas werden global verwendet, weil jeder davon profitiert, nicht weil es jemand vorschreibt. CO2-Vermeidung wäre einfach, wenn es für alle nur Vorteile hat.

Geoengineering für Notfälle
Eine Sulfatwolke als Gegenmittel gegen die US-Hitzewelle 2012 wäre vielleicht gar nicht schlecht gewesen. Gegen Hitzewellen und Hurrikane wird sich Klimabeeinflussng zuerst richten. Die UNO wird keine Rolle spielen.

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hoi Martin

du schreibst:

„Nehmen wir den hypothetischen Fall, dass ein grosser Teil von Südchina durch die anthropogene Klimaveränderung landwirtschaftlich kaum mehr nutzbar ist. Nur Geoengineering kann dann noch helfen, denn eine Reduktion des CO2-Austosses wirkt sich erst nach vielen Jahrzehnten aus. Und China wird dann nicht an globalem, sondern an regionalem Geoengineering interessiert sein.“

Glaubst du das wirklich?

Wenn Suedchina verhungert ist .. dann ist China wohl
nicht mehr in der Lage weder CO2 zu erzeugen noch
ueber das Geoengineering nachzudenken.

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Regionales und Notfall-Geoengineering
<a href="Solar Geoengineering Projects
Der Artikel Solar Geoengineering Projects
Could Be More Effective on Regional Scale
beschäftigt sich mit der Verlangsuamung und der Rückgängigmachung von lokalen Erwärmung mittels Geoengineering
während sich Could aerosol emissions be used for regional heat wave mitigation? untersucht wie man mit regionalem Sulfatgeoengineering die letztjährige Hitzewelle über den USA hätte angehen können und kommt zum Schluss „decreases of around 7C result during the middle part
of the day over the Central Valley, one of the hardest hit by
the heat wave. … The results indicate that a sufficiently large injection of
sulfate aerosols can indeed have a substantial impact on
surface air temperature, although the temperature response
varies among areas. „

Auch der Artikel Regional Solar Geoengineering Proposed widmet sich regionalem Geonengineering: „Our research goes a step beyond the one-size-fits-all approach to explore how careful tailoring of solar geoengineering can reduce possible inequalities and risks,..”

Fazit: Emergency-Geoengineering z.B. bei ausgeprägten Hitzewellen wird wohl das erste Einsatzgebiet von Klima-/Wetter-Engineeering sein. Sulfatgeoengineering bietet sich hier an, weil es so billig ist, dass es sich sogar ein Bill Gates als Einzelinitator leisten könnte.
Ein globaler Geoengineering-Climate-Fix ist dagegen unwahrscheinlich, denn er benötigt das Einverständnis von hunderten von Staaten. Solch ein Einverständnis gibt es aber nicht einmal für den Verzicht auf fossile Rohstoffe.

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Geoengineering wird in den nächsten 20 bis 40 Jahren wohl kaum eingesetzt werden, unter anderem wegen den oben genannten Gründen – dem Unwissen über alle Effekte-, aber auch weil gesicherte negative Auswirkungen des Klimawandels ebenfalls noch fehlen.
Wenn der Klimawandel aber einmal mit grosser Wahrscheinlichkeit für schwerwiegend negative Veränderungen von Regionalklimata verantwortlich gemacht werden kann, ändert sich die Ausgangslage. Nehmen wir den hypothetischen Fall, dass ein grosser Teil von Südchina durch die anthropogene Klimaveränderung landwirtschaftlich kaum mehr nutzbar ist. Nur Geoengineering kann dann noch helfen, denn eine Reduktion des CO2-Austosses wirkt sich erst nach vielen Jahrzehnten aus. Und China wird dann nicht an globalem, sondern an regionalem Geoengineering interessiert sein. Es wird also Sulfatgeoengineering über Südchina oder Cloud Seeding/marine cloud brightening im südchinesichen Meer in Erwägung ziehen. Man wird das einfach ausprobieren und es bei negativen Auswirkungen wieder einstellen oder modifizieren.
Die Idee, dass die ganze Menscheit das globale Klima in Richtung eines Wunschklimas reguliert ist dagegen ebenso illusorisch wie ein global wirksamer Klimavertrag, in dem alle Staaten einem höheren Ziel zuliebe auf CO2-Emissionen verzichten. Das wird in den nächsten Jahrzehnten kaum passieren.

Wirksame Schritte gegen die anthropogene Klimaerwärmung wird es wohl erst dann geben, wenn bereits deutlich negative Auswirkungen der Klimaerwämung festzustellen sind. Dann wird wohl gleichzeitig auch über Geoengineeringmassnahmen nachgedacht werden – und zwar zuerst einmal über regionale Geoengineeringmassnahmen um den am schwersten von der Erwärmung betroffenen Gebiete zu helfen. Siehe dazu: Regional geo-engineering as a complementary step to aggressive mitigation

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