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Magazin für Wissenschaft und Forschung der Universität Innsbruck 

 

Christoph Schär
Vorhersagen haben sich bewahrheitet

Klimaforscher Christoph Schär über die Faszination, Natur mit Mathematik und Physik zu beschreiben, die fundamentale Koppelung von Klimawandel und Wasserkreislauf, die Entwicklung der Hochleistungsrechner, die merchants of doubt  sowie seine Beziehung zu Innsbruck.

 

ZUKUNFT: Mit Syukuro Manabe und Klaus Hasselmann erhielten heuer zwei Klimaforscher den Nobelpreis für Physik. Sehen Sie diese Auszeichnung als Weckruf?

 

CHRISTOPH SCHÄR: In erster Linie sehe ich es als Anerkennung ihrer Arbeit. Die beiden haben zu einem Zeitpunkt, als noch niemand über Klimawandel gesprochen hat, Phantastisches geleistet. Das 1975er-Paper von Manabe erschien, nachdem man 40 Jahre lang keine Erwärmung beobachtet hatte und auch noch nicht viel wusste, weil es keine guten Daten gab. Er hat die Arbeit aus innerer Überzeugung und aus tiefem physikalischen Verständnis veröffentlicht. Ähnliches gilt für Hasselmann. Der Preis ist aber auch eine Anerkennung der Physik-Community. Nämlich insofern, dass auch die Klima-Forschung Teil der Physik ist, die derzeit ja von vielen anderen Themenfeldern, etwa Quantenphysik, bestimmt wird.

 

ZUKUNFT: Die ersten Arbeiten von Manabe und Hasselmann liegen schon 50 Jahre zurück….

 

CHRISTOPH SCHÄR: …50 Jahre, in denen sich das Klima unheimlich verändert hat. Jahre, wie wir sie damals hatten, gibt es heut kaum noch. Wir sind aber erst am Anfang des Klimawandels. Wir haben viele Auswirkungen noch nicht gesehen, kennen sie nur aus Theorie und Modellen. Aber andere Auswirkungen sind eingetroffen, die Vorhersagen seit den 1970er-Jahren haben sich bewahrheitet.

 

ZUKUNFT: Sie selbst haben auch Physik studiert und sich dann auf Klimaforschung fokussiert. Trafen sie diese Wahl, weil damals die ersten Anzeichen und Warnungen sicht- und hörbar wurden?

 

CHRISTOPH SCHÄR: Der Club of Rome und das Umweltbewusstsein haben sicherlich zu meiner Entscheidung beigetragen, es war aber auch die Kombination aus Mathematik und Physik einerseits sowie Natur andererseits. Wenn man mit Mathematik und Physik etwas beschreiben kann, was wir in der Natur sehen, dann hat das eine besondere Faszination. Und im Gegensatz zu vielen meiner Kommilitoninnen und Kommilitonen aus der Studienzeit, die sich in Festkörperphysik oder Quantenmechanik vertieft haben, kann ich mit Freunden, Bekannten und Familie über mein Arbeitsthema sprechen.

 

ZUKUNFT: Sie leiten am Institut für Atmosphäre und Klima der ETH Zürich die Gruppe „Klima und Wasserkreislauf“ – wie wirkt sich der Klimawandel auf den Wasserkreislauf aus?

 

CHRISTOPH SCHÄR: Die zwei Begriffe Klimawandel und Klimaerwärmung sind für viele Menschen das Gleiche. Aber in erster Linie ist der Klimawandel eine „Klimaanfeuchtung“. Aus thermodynamischer Sicht geht der größte Teil der Energie, der durch die Treibhausgase in der Erdatmosphäre gefangen wird, in den Wasserkreislauf: in die Anfeuchtung der Atmosphäre, in mehr Verdunstung und mehr Niederschlag. Das ergibt eine Rückkopplung, denn das wichtigste Treibhausgas ist Wasserdampf. Auch in anderen Beziehungen ist der Wasserkreislauf ein zentrales Thema: Schmilzt Schnee bzw. Eis ab, wird weniger Sonnenlicht in den Weltraum reflektiert und mehr Sonnenenergie landet auf der Erdoberfläche. Die Koppelung von Klimawandel und Wasserkreislauf ist fundamental, Syukuro Manabe hat das schon sehr früh begriffen. Er hat in den 1960er-Jahren begonnen; sein recht einfaches Modell hatte schon einen Wasserkreislauf – Transport von Wasserdampf, Niederschlag, Verdunstung. Die Bewölkung konnte er noch nicht integrieren, heute können wir das, denn die Bewölkung hat auch ein Feedback auf den Klimawandel.

 

ZUKUNFT: Laut einer Studie des Massachusetts Institute of Technology (MIT) kann es durch den Klimawandel am persischen Golf zu Verhältnissen kommen – hohe Temperatur bei hoher Luftfeuchtigkeit –, die Menschen nicht mehr überleben können.

 

CHRISTOPH SCHÄR: Mit Temperaturen von 35 Grad und mehr kann der Mensch im Prinzip umgehen. Wenn die Luft trocken ist, können wir Hitze gut ertragen. Ist es aber gleichzeitig zu fast 100 Prozent feucht, wird Hitze zum Problem. Unser Körper generiert ständig Energie, die wir abführen müssen. Wir kühlen unseren Körper durch Schwitzen. Bei zu hoher Luftfeuchtigkeit kommt aber der Punkt, an dem kaum noch Verdunstung erfolgt – dann versagt unserer Kühlmechanismus. Die Körpertemperatur dringt in den Fieberbereich vor, dauert dies zu lange an, kann es tödlich sein. Und das ist die Situation am Persischen Golf, Temperatur und Feuchte in Kombination. Der Persische Golf ist sehr flach, nur 50 Meter tief. Er ist im Nu aufgeheizt, auf 35 Grad, was eine sehr feuchte bodennahe Luftschicht mit sich bringt. Dort ist man bereits jetzt nahe an einem kritischen Punkt.

 

ZUKUNFT: Wirken sich die Veränderungen des Wasserkreislaufs auf die Alpen besonders aus?

 

CHRISTOPH SCHÄR: Ja, es gibt eine Reihe von Faktoren. Durch die Erwärmung wird Schnee aus tieferen Lagen verdrängt bzw. die Schneeschmelze setzt früher ein. Die Dauer der Schneeschmelze verkürzt sich, und in bestimmten Regionen verringert sich die Wasserführung von Flüssen, oder Quellen können versiegen. Das ist ein Phänomen, das man schon in den Hitzesommern 2003 und 2018 festgestellt hat – zum Beispiel ist auf vielen Weidealpen das Trinkwasser ausgegangen. Bei einem ungebremsten Klimawandel wäre das noch viel weitreichender und gravierender.

 

ZUKUNFT: Gibt es noch andere Auswirkungen?

 

CHRISTOPH SCHÄR: Wir sehen in den Modellen schon seit Langem, haben es aber noch nicht ganz verstanden, dass es neben der Erwärmung und einer Reduktion der mittleren sommerlichen Niederschläge gleichzeitig eine Zunahme von Starkniederschlägen gibt. Das wurde in Publikationen schon in den 1990er-Jahren vorhergesagt, heute ist es durch Beobachtungen nachgewiesen. Diese kurzfristigen Starkniederschläge haben Murabgänge und Überschwemmungen zur Folge. Auf englisch gibt es den Begriff flash flood, Sturzfluten nach solchen Starkniederschlägen. In den letzten Jahren konnten wir solche Ereignisse vermehrt beobachten, 2018 etwa in Lausanne: 41 Millimeter Niederschlag – ein halber Monatsniederschlag – in nur zehn Minuten. Unsere Infrastruktur, die urbane Hydrologie zum Abführen von Regenwasser, ist nicht auf solche Ereignisse angepasst.

 

ZUKUNFT: Sie sprechen von Modellen, die vor weit mehr als 20, 30 Jahren berechnet wurden und von Vorhersagen, die inzwischen eingetroffen sind. Wie geht man als faktenbasierte Forscher damit um, dass der Klimawandel im politischen, medialen bzw. öffentlichen Diskurs manchmal negiert wird?

 

CHRISTOPH SCHÄR: Der langsame Fortschritt bei Klimaschutz-Maßnahmen besorgt mich sehr. Faktenfremde Argumente hört man noch immer, aber immer weniger; mit sehr vielen Menschen kann man über Fakten diskutieren. Ich habe weit über 100 öffentliche Vorträge zum Klimawandel gehalten und habe – auch in nicht wissenschaftsorientierten Kreisen – oft positiven Rückhalt gefunden. Es engagieren sich auch viele Menschen. Ein Problem ist, dass auch eine wissenschaftlich fundierte Meinung eine politische Konnotation erhält. Ein anderes, dass es große wirtschaftliche Implikationen und Konsequenzen gibt. Wir wissen seit Jahren, dass die Erdölindustrie kein Interesse hat, den Klimawandel groß zu reden. Es gibt Literatur und einen Fachbegriff dazu – the merchants of doubt. Es wird Zweifel gesät. Oft auch mit Aussagen von Kolleginnen und Kollegen, die sich vielleicht vor Jahren zweifelnd zu etwas geäußert haben, als noch viel weniger Evidenz vorlag. Ein drittes Problem ist, dass Medien oft glauben, alles kontradiktorisch behandeln zu müssen – Forscherinnen und Forscher bekommen gleich viel Raum wie Skeptiker und Skeptikerinnen. Diese haben aber oft keine Meriten, argumentieren aus dem hohlen Bauch – und das ärgert mich dann.

 

ZUKUNFT: Für ihre Modelle arbeiten sie mit Hochleistungsrechnern, dank der Klimamodelle immer komplexer wurden bzw. werden.

 

CHRISTOPH SCHÄR: Die Atmosphäre ist etwas unglaublich Kompliziertes mit zahlreichen Phänomenen auf unterschiedlichen Skalen. Wir haben die physikalischen Gesetze dazu, in erster Linie die Fluiddynamik auf einem rotierenden Planeten – und wir wissen, diese Gesetze sind korrekt. Wenn wir mit diesen physikalischen Gesetzen arbeiten können, haben wir einen einfacheren, schnelleren und überzeugenderen Ansatz, das Phänomen zu verstehen. Aber dazu müssen wir die Gleichungen lösen, und benötigen Supercomputer. Können wir dies nicht, müssen wir uns mit Statistiken, Ähnlichkeitsschlüssen und qualitativen Informationen behelfen, was es schwieriger macht, ein diffiziles System wie das Klima zu beschrieben. Manabe hat schon so gearbeitet, in den 1960er und 1970er-Jahren hat es begonnen, zuvor war das Thema zu komplex. Der Rechner von Manabe war der erste, der eine Million Operationen pro Sekunde machen konnte. Auf seine Resultate musste er dennoch Wochen warten. Heute haben wir 1015 Operationen pro Sekunde.

 

ZUKUNFT: Mit der steigenden Rechenleistung konnte die Klimamodelle Baustein um Baustein erweitert werden.

 

CHRISTOPH SCHÄR: Genau, wir wissen zum Beispiel, wie wichtig gewittrige Niederschläge sind. Bei uns bestimmen sie die sommerliche Niederschlagsmenge, in den Tropen stehen sie im Zentrum der – globalen – Zirkulation. Diese gewittrigen Niederschläge konnten wir lange nur annähernd berechnen, seit vielleicht zehn Jahren können wir es viel präziser, d.h. wir brauchen die Näherungsverfahren der Vergangenheit nicht mehr. Das fasziniert mich.

 

ZUKUNFT: Wo wäre denn Ihre Arbeit ohne Hochleistungsrechner?

 

CHRISTOPH SCHÄR: Ich mache auch sehr gerne Theorie, vermutlich hätte ich in diesem Bereich sogar ein ruhigeres Leben. Aber die Aussagen, die wir heute über das Klima machen können, könnten wir ohne Hochleistungsrechner nicht machen.

 

ZUKUNFT: Im Oktober wurden Sie von der Universität Innsbruck mit dem Ehrendoktorat der Naturwissenschaften ausgezeichnet. War die Feier anstrengend?

 

CHRISTOPH SCHÄR: Nein, ich musste ja nur dort sitzen. Es war ein Erlebnis, das ich nie mehr vergessen werde. Feiern werden hier mit richtiger Tradition abgehalten. Innsbruck ist eine uralte Universität, welche ihre Traditionen bewahrt, die ETH Zürich ist ja nur etwas mehr als 150 Jahre alt.

 

ZUKUNFT: In diesen 150 Jahren hat sie aber sehr aufgeholt…

 

CHRISTOPH SCHÄR: Ja, das stimmt, wir stehen nicht schlecht da. Die ETH hat aber keine lange Tradition, die sie bewahren könnte. Sie ist eher … sachlich, abstrakt.

 

ZUKUNFT: Was verbindet Sie eigentlich mit der Universität Innsbruck?

 

CHRISTOPH SCHÄR: Das ist schon eine sehr lange Beziehung. 1982 habe ich als studentische Hilfskraft an einem Feldexperiment die ersten Leute aus Innsbruck kennengelernt. Für meine Dissertation durfte oder musste ich die Publikationstätigkeit aus Innsbruck – Föhnforschung, synoptische Klimatologie und Historisches vom Beginn des 20. Jahrhunderts – verfolgen. Meteorologie gab es an der Uni Innsbruck schon fast immer, die ETH hat erst viel später damit begonnen. Später habe ich im Rahmen von drei Feldexperimenten mit Innsbruck zusammengearbeitet. Seither kenne ich viele Menschen am Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften persönlich. Das Institut hat eine top Qualität, in vielen Bereichen ist es der ETH klar voraus, in anderen sind wir es. 2017 habe ich ein Sabbatical in Innsbruck gemacht, am Institut herrscht eine sehr freundliche Atmosphäre, dazu noch die Lage von Innsbruck. Es ist ein Ort, an dem man gerne arbeitet.

 

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