Im Bereich des Klimawandels hat sich mittlerweile so etwas wie eine Religion herausgebildet, die sich auf die Naturwissenschaft beruft. Aus diesem Grund möchte ich den Klimawandel naturwissenschaftlich betrachten, ohne die Absicht, den Klimawandel zu erklären. Erklärungen fallen in den Bereich des Glaubens und der Glaube ist die Angelegenheit jedes einzelnen Menschen für sich.

Verdunstung der Landflächen
Angenommen, in Sachsen fallen durchschnittlich 600 mm/a  Niederschlag auf den Erdboden. 1)
Des weiteren  wird angenommen, dass die Globalstrahlung in Sachsen durchschnittlich 1100 kWh/(m² a) beträgt. 2)
Angenommen, die Menge des verdunsteten Wassers schwankt zwischen 380 l/(m² a) bei Grasflächen, 480 l/(m² a) bei Buchen und Eichenwäldern und 580 l/(m² a) bei Kiefernwäldern . 3)
Die Verdunstung von Wasser benötigt Energie. Die Verdampfungsenthalpie von Wasser beträgt 2459 kJ/kg beziehungsweise 0,683 kWh/kg bei einer Temperatur von 17,5°C.  Das bedeutet eine Verdampfungsenthalpie auf die Fläche bezogen von 259 kWh/(m² a) bei Grasflächen, 327 kWh/(m² a) bei Buchen und Eichenwäldern und 395 kWh/(m² a) bei Kiefernwäldern.
Bezogen auf die auftreffende Globalstrahlung bedeutet dies, dass zur Verdunstung folgende Anteile der eintreffenden Globalstrahlung notwendig sind: 23,6% bei Grasflächen, 29,7% bei Buchen und Eichenwäldern und 35,9% bei Kiefernwäldern.
Über die Niederschlagsmenge, die als Regen oder Nebel nieder geht und den Erdboden nicht erreicht, kann hier keine Aussage getroffen werden.

Infrarotstrahlung der Wolken
CO2 und vor allem Wasserdampf absorbieren die Infrarotstrahlung, die vom Boden ausgehend gegen den Himmel strahlt. Die Strahlung kann somit nicht vollständig in den Weltraum entweichen und wird in der Atmosphäre absorbiert. Die Erde wird so vor einem zu starken Wärmeverlust geschützt. Wenn feuchte Luft vom Boden aus nach oben steigt und der Luftdruck sinkt, sinkt auch die Temperatur der Luft und der Wasserdampf kondensiert zu Wolken. Die Wolken, die sich in großer Höhe über der dichten Luft am Boden befinden, haben über sich lediglich eine Luftschicht mit sehr dünner Luft und somit wenig CO2 und wenig Wasserdampf und können mehr Infrarotstrahlung in den Weltraum abgeben. Der Wasserdampf ist bei den niedrigen Temperaturen in großen Höhen fast vollständig zu Eis geworden und absorbiert die Infrarotstrahlung, die durch die Wolken in Richtung Weltraum abgegeben wird, kaum noch. Dies ist sehr schön auf Infrarotaufnahmen der Wettersatelliten zu sehen. Die Wolken strahlen im Infraroten Bereich und sind auf der Aufnahme weiß. Trockene Gebiete, wie z.B. die Sahara, sind vor allem tagsüber schwarz, senden also weniger Infrarotstrahlung in den Weltraum.

Fazit
Es gibt einige Dinge, die man jetzt schon sagen kann, ohne die Welt zu erklären:

1. Die Sache mit dem Klimawandel ist auf jeden Fall ein Riesen Geschäft, bei dem eine Menge Geld verdient wird.
2. Unsere Böden und die Vegetation beeinflussen den Wasserhaushalt und somit das Klima wesentlich. Wir sollten sorgsam mit ihnen umgehen.
3. Wenn Flugzeuge große Mengen CO2 oberhalb der Wolken in großer Höhe verteilen, wird die thermische Regulation des Klimas durch die Infrarotstrahlung der Wolken verringert. In welchem Maße sich das auswirkt, wäre ein Gegenstand von zukünftigen Forschungen.

Hier sei noch auf einen Artikel im Online-Magazin von „Spektrum der Wissenschaft“ verwiesen, in dem die Auswirkungen der Verdunstung von Wasser durch die Regenwälder betrachtet wird.

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4) Cerbe, G; Wilhlems, G: Technische Thermodynamik. Hanser Verlag. München, 2008

Das Thema Naturwissenschaft ist sehr vielfältig, weshalb ich nur einige wenige Aspekte in stichpunktartiger Form darlegen möchte. Diese Stichpunkte möchte ich in Form von Fragen erläutern.

Was ist Naturwissenschaft?
Ich habe mal einen schönen Spruch gehört, der die Frage nach der Naturwissenschaft auf den Punkt bringt: „Naturwissenschaft ist die Summe aller möglichen Experimente.“

Was ist ein Experiment?
Die Beantwortung dieser Frage führt zu der Aussage, wie ein wissenschaftliches Experiment aufgebaut sein muss und welche Anforderungen es erfüllen muss: „Ein Experiment ist eine genau definierte, präparierte Situation, bei der alle störenden Variablen ausgeschaltet oder kontrolliert werden und eine unabhängige Variable durch den Experimentator gezielt verändert wird. Ziel des Experiments ist die Beobachtung der Auswirkungen der Veränderung der unabhängigen Variable auf alle anderen abhängigen Variablen.“

Was ist das Wesen eines Experiments?
Unser Verständnis der Natur ist begrenzt. Gerade die Tatsache dieses begrenzten Verständnisses macht das Experiment für uns so wertvoll. „Im Experiment beobachtet man immer das gesamte Universum. Gerade die Experimente mit einem unerwarteten Ergebnis sind besonders wertvoll, weil sie die Grenzen des Wissens erweitern.“

Was bedeutet Messen?
„Jede Maßeinheit ist das Ergebnis eines genau definiertes Experiments. Messen ist nichts weiter als der Vergleich einer beobachteten Größe mit dem Ergebnis des Experiments, das die Maßeinheit definiert.“ Selbst wenn wir die Natur nicht verstehen, können wir sie durch das Messen beschreiben.

Was ist eine physikalische Größe?
„Eine physikalische Größe ist das Produkt aus einer Zahl und einer Maßeinheit.“

Was ist eine Theorie?
„Eine Theorie ist ein Modell, mit dem die Beobachtungen in einem Experiment erklärt werden können. Es kann hierbei nur die Aussage getroffen werden, dass eine Theorie in einem konkreten Experiment zutreffend oder nicht zutreffend war, mehr nicht.“ Theorien werden oft dazu genutzt, um Vorhersagen über den Ausgang von Experimenten zu machen. Im Grunde genommen handelt es sich hierbei nie um Vorhersagen sondern um Schätzungen. Die Schätzungen können zutreffend sein, wenn keine anderen Störgrößen auftreten, die durch die verwendete Theorie nicht beschrieben werden.

Experimentelle Praxis in vielen Unternehmen
Viele Unternehmen stürzen sich im Blindflug in Vorhaben, ohne jemals ihre Vorhaben auf eine wissenschaftlich experimentelle Basis gestellt zu haben. Wie oft habe ich den Satz schon gehört „Das was wir vorhaben, kann man sowieso nicht berechnen. Wir müssen das einfach ausprobieren.“ So werden in vielen Unternehmen Experimente sträflich vernachlässigt. Entweder werden Experimente einfach nicht durchgeführt oder wenn sie durchgeführt werden, werden vermeintlich aus Zeitmangel die Störfaktoren in Experimenten nicht gesucht, nicht erkannt, nicht ausgeschaltet und nicht kontrolliert. Die Versuchsapparaturen werden nicht dokumentiert. Die Messgeräte werden schlecht behandelt, nicht gewartet, nicht regelmäßig geeicht. Experimente werden oft einfach so nebenbei im stressigen Alltag halbherzig ausgeführt.

Vorteile einer wissenschaftlich experimentellen Basis im Alltag
Der Philosoph Epikur hat es schön formuliert: „Der überwindet die Unsicherheit gegenüber seiner Umwelt am besten, der sich so weit als möglich mit ihr vertraut macht und, wo dies unmöglich ist, dafür sorgt, dass sie ihm nicht fremd ist. Mit allem aber, bei dem ihm nicht einmal dies gelingt, lässt er sich gar nicht ein und stützt sich nur auf das, was ihm hilft, sicher zu werden.“

Das, was wir wirklich wissen, ist letztendlich das, was wir im Experiment beobachten können. Erst durch Wissen und Erkenntnis sind wir in der Lage, mit komplexen Sachverhalten zurechtzukommen, ohne zu viele Erfahrungen in Form von Rückschlägen teuer bezahlen zu müssen.