CO₂ und CH₄ Messung

Allgemeines

Seit 1999 wird am Sonnblick Observatorium das klimawirksame Spurengas CO₂ durch das Umweltbundesamt gemessen. Aufgrund der abgeschiedenen Lage kann aus den Messungen am Hohen Sonnblick auf die globale Veränderung der CO₂ Konzentration geschlossen werden. Im Jahr 2012 konnten die Messungen am Sonnblick um CH₄ erweitert werden.

In Diagramm 1 wird die Entwicklung der am Sonnblick Observatorium gemessenen CO₂ Konzentration monatlich aktualisiert dargestellt. Die aus minütlichen Messungen gemittelten Monatswerte zeigen die bekannten, dem gegenwärtigen Trend überlagerten, jährlichen Zyklen. Ursache für diesen so genannten Jahresgang sind in ihrer Wirkung jahreszeitabhängige Quellen bzw. Senken -  z.B. ist die Vegetation eine starke Senke für CO₂ mit überwiegender Wirkung in den Sommermonaten. Aufgrund dieser natürlichen jahreszeitlichen Schwankungen sind minimale Änderungen am Trend schwer festzustellen. Jedenfalls festzustellen ist, dass im August 2017 zum letzten Mal am Sonnblick ein CO₂ - Monatsmittelwert (399.51 ppm) unter 400 ppm und im April 2023 der erste CH₄ - Monatsmittelwert (2.014 ppm) über 2.0 ppm gemessen wurde.

Diagramm 2 zeigt die laufend aktualisierte mittlere Konzentration von CH₄ seit Beginn der Messungen 2012.

CO₂ Trend

Um trotz der jahreszeitlich bedingten Schwankungen auch kleinste Änderungen am gegenwärtigen Trend ausmachen zu können, wurde zuerst der durchschnittliche Jahresgang für die Jahre 2001 bis 2016 ermittelt (Diagramm 4), um mit diesem die gemessenen Monatsmittelwerte um den Anteil des Jahresganges bereinigen zu können, d.h. die gemessenen Monatsmittelwerte werden um den in Diagramm 4 gezeigten Anteil (rote Punkte) für das jeweilige Monat reduziert bzw. erhöht.

Daraus ergeben sich die in Diagramm 3 gezeigten (um den Jahresgang bereinigten) Monatsmittelwerte der CO₂ Konzentration, die im Zeitraum 2001 bis 2016 (Referenzzeitraum) einer durchschnittlichen Zunahme von 2.08 ppm pro Jahr (lineare Regression) folgen. Zusätzlich werden mittels polynomialer Regression (durchgezogene rote Linie) kurzfristige Änderungen am langfristigen Trend sichtbar gemacht.

Das Paris Agreement sieht eine Begrenzung der globalen Temperaturerhöhung auf "deutlich unter 2 °C bis zum Ende dieses Jahrhunderts gegenüber vorindustrieller Zeit" vor, wobei eine Erhöhung auf max. 1,5 °C angestrebt wird. Eine Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur um 2 °C wird als wahrscheinlich vermeidbar angesehen, wenn die Konzentration von CO₂-Äquivalenten bei max. 450 ppm im Jahr 2100 liegt. Die "CO₂ - Äquivalenzkonzentration" wird berechnet, indem die spezifischen Beiträge verschiedener Treibhausgase (CO₂, CH₄, N₂O, SF₆ usw.) wie zusätzliche CO₂ Beiträge gerechnet und kumuliert werden (Quelle: IPCC Climate Change 2014 - Synthesis Report). Um eine Erhöhung mit 1,5 °C nicht zu überschreiten, müssen die Treibhausgasemissionen bereits vor 2025 ihren Höhepunkt erreicht haben und bis 2030 eine Reduktion der Emissionen um 43% eintreten (Quelle: UNFCCC).

2022 lag diese Summe bei 523 ppm CO₂ - Äquivalenz (Quelle: NOAA/ESRL), das Ziel von 450 ppm wird aktuell also deutlich überschritten. Eine Überschreitung des langfristigen Ziels ist laut Klimamodellen zu tolerieren, wenn bis zum Ende dieses Jahrhunderts die globalen Treibhausgasemissionen signifikant (-40% bis -70% bis 2050 bzw. -100% bis zum Jahr 2100 im Vergleich zu den Emissionen im Jahr 2010) gesenkt und die 450 ppm CO₂ - Äquivalenz wieder unterschritten werden können.

Diagramm 1

Diagramm 2

Diagramm 3

Diagramm 4

Diagramm 5

Diagramm 6

Diagramm 7

Diagramm 8

Messprinzip

Begonnen wurde die Messreihe von CO₂ mit einem Hartmann&Braun URAS 3G, die Referenzgase wurden in der Station Schauinsland eingemessen und dreimal täglich für die Kalibration verwendet. Das Messprinzip des Gerätes basierte auf der Infrarotabsorption von CO₂. Seit 2012 ist ein modernes Picarro CRDS unter Verwendung von Kalibriergasen der EMPA im Einsatz, das Gerät ermittelt sowohl die CO₂ als auch die CH₄ Konzentration mittels Laserspektroskopie in einem optischen Resonator.

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