Willkommen bei Teil 3 meiner kleinen Serie “Klimakrisen-Wahlempfehlung” – einem persönlich geprägten Blick auf die Physik der Klimakrise, motiviert durch meine Sorgen darüber, dass weite Teile der deutschen Politik- und Medienlandschaft die Klimakrise nicht ernst genug nehmen. Nach Teil 1 mit Physik vs. magisches Denken und Teil 2 zu den Energiemengen, um die es geht, hier ein Abstecher in die Biophysik und Biologie, zu den physikalischen Temperatur-Obergrenzen für menschliche Körper. Diese Grenztemperatur ist keine rein abstrakte Rechenübung, sondern wird in einigen Bereichen der Erde zumindest zeitweise erreicht. Und entsprechende Abschätzungen zeigen, dass die ohne aufwändige Schutzmaßnahmen unbewohnbaren Bereiche leider deutlich zunehmen, wenn die Temperaturen auf der Erdoberfläche insgesamt entsprechend ansteigt.

Physikalische Grenzen für unsere Temperatur-Regulierung

Was unser Körper kann, hat grundlegende physikalische Grenzen – wie sollte es auch anders sein? Unser Körper ist dabei im Vergleich mit einer Reihe anderer Organismen, sogar sehr gut darin, seine Innentemperatur konstant zu halten. Mit geeigneter Kleidung können Menschen bei Temperaturen von -50 Grad Celsius in der Arktis ebenso gut (ok: je nach den Verhältnissen auch ebenso so-la-la, oder ebenso gerade-mal-so) zurechtkommen wie bei +40 Grad in einem Wüstengebiet. Allerdings hängt unser Überleben in diesem Temperaturbereich stark von den äußeren Umständen ab, und das ist dann wieder nicht Biologie sondern Physik: Luft ist ein sehr schlechter Wärmeleiter. (Das nutzen wir beim Hausbau aus, wenn wir Fenster mit Doppel- oder Dreifachverglasung einbauen; die zwischen den Glasschichten vorhandene Luft dient als Wärmeisolator.)

Wasser leitet Wärme ungleich besser, genauer gesagt: unter gleichen Bedingungen (gleich große Kontaktfläche, gleich großer Temperaturunterschied, generell gleiche Dimensionierung des betrachteten Objekts) transportiert Wasser im Vergleich zur Luft mehr als die zwanzigfache Wärmeenergie pro Zeiteinheit von uns weg. Deswegen bekommt man im Wasser treibend auch deutlich schneller – im kalten Nordatlantik offenbar schon nach einigen Minuten – eine lebensgefährdende Unterkühlung als bei derselben Lufttemperatur an Land. (Wer je in einem nicht allzu warmen Meer schwimmen war, weiß aus eigener Erfahrung, dass 20 Grad Wassertemperatur sich deutlich kälter anfühlen als 20 Grad Lufttemperatur. Das ist derselbe Effekt. Wir fühlen nicht die Temperatur, sondern wieviel Energie wir an die Umgebung verlieren.)

Wasserstoffbrückenbindungen und Verdampfung

Schauen wir uns jetzt warme Temperaturen näher an und lassen direkte Sonneneinstrahlung einmal außen vor – dass man sich, wenn es heiß ist, in den Schatten begibt, sollte ja hoffentlich allgemein bekannt sein. Sonnenstich ist kein Spaß. Hitzschlag ist lebensgefährlich. Aber selbst im Schatten ist alles andere als selbstverständlich, dass unser Körper bei heißen Außentemperaturen seine gesunde Kerntemperatur halten kann.

In obigem Rechenbeispiel war ich davon ausgegangen, dass wir den betreffenden Menschen komplett isolieren. Es gibt aber noch eine andere derartige Situation: Bedingungen, unter denen die Kühlung durch Schweiß versagt. Die Detail-Ausführungen zur Luftfeuchte haben noch ein paar kleinere Tücken, aber generell gilt: Für eine Oberfläche mit einer bestimmten Temperatur und Umgebungsluft mit einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Wasserdampfgehalt gibt es eine tiefste Temperatur, die jene Oberfläche mit Kühlung durch das Verdampfen von Wassers überhaupt erreichen kann. Jene Grenze heißt im Deutschen etwas bürokratisch Kühlgrenztemperatur, im Englischen praxisnäher wet bulb temperature. Jene Temperatur kann man nämlich messen, wenn man der (ggf. als Kugel ausgeführten) Messregion eines Thermometers ein angefeuchtetes Stoffhäubchen überzieht und jenes Stoffhäubchen dann einem nicht zu kleinen Luftstrom aussetzt, damit sich der maximale Verdampfungs-Kühleffekt einstellen kann.

Liegt die Kühlgrenztemperatur unter den gegebenen Umgebungsbedingungen höher als die Körper-Kerntemperatur, ist der Kühlmechanismus durch Schwitzen ausgehebelt, und der Körper beginnt sich gefährlich aufzuheizen. Tatsächlich liegt die Grenze sogar noch niedriger als bei der Körperkerntemperatur: um die Wärme ausleiten zu können, legt die Hauttemperatur des Körpers bei rund 35 Grad Celsius; eine höhere Kühlgrenztemperatur als das ist also bereits gefährlich.

In der Praxis wird aus Wet-Bulb-Messungen und weiteren Werten zu Luftfeuchte, Wind etc. ein sogenannter “Wet Bub Global Temperature Index”, kurz WBGT-Index, ermittelt, an dessen Werten man ablesen kann, wie nahe man dem gefährlichen Temperaturbereich aktuell kommt. Die Abbildung unten zeigt ein entsprechendes Messbesteck:

Anhand des Index-Wertes kann dann entschieden, wie gefährlich die Situation ist – ob man die Spitzensportler weiter Sport treiben lässt, ob körperliche Arbeit am Bau noch zumutbar ist, oder ob man (wie in dem obigen Fall des Messgeräts) Soldaten in einen entsprechenden Einsatz im Freien schickt.

Wenn lebensbedrohend heiße Tage häufiger werden

Ein auch im Beitrag der Working Group II zum AR6, “Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability” (dort Fig. AI 29 auf S. 2845) zitierter Artikel in Nature Climate Change, Mora et al. 2017, hat sich zum einen anhand zahlreicher früherer Fachartikel angesehen, unter welchen Bedingungen solche lebensgefährdenden Hitze-Extreme in speziell Städten auftreten, und zum anderen, wie sich die entsprechenden Bedingungen in den verschiedenen IPCC-Szenarien (dem weiter-so-wie-bisher-oder-noch-mehr-Szenario RCP8.5, dem wir-unternehmen-Anstrengungen-um-zumindestens-unter-2-Grad-zu-bleiben-Szenario RPC2.6, oder dazwischenliegenden Szenario RCP4.5) über die nächsten 50 oder 100 Jahre verändern. Hier sind die entsprechenden Karten aus dem IPCC-Beitrag:

Wie man sieht, treten die gefährlichen Bedingungen vor allem in den Tropengebieten auf – nicht überraschend, wenn man sich die wet-bulb-Temperatur ins Gedächtnis ruft, bei der ja auch die Luftfeuchte beeinflusst, wie viel Verdunstungs-Wasserdampf die Umgebungsluft noch zusätzlich aufnehmen kann. Derzeit leben den Abschätzungen von Mora et al. 2017 nach rund 30% der Weltbevölkerung unter Bedingungen, in denen die kritische Grenze zu gefährlichen Temperatur-Luftfeuchte-Bereichen an mehr als 20 Tagen im Jahr überschritten wird. Wohlgemerkt noch ohne Hitzewellen einzubeziehen kommt der Artikel zu einer Abschätzung, nach der selbst im optimistischsten der Szenarien (RCP2.6 mit ordentlich Klimaschutzanstrengungen) im Jahre 2100 48% der Weltbevölkerung unter jenen Bedingungen leben, im ungünstigsten Szenario sogar 74%.

Das ist ein krasses Kratzen an einer grundlegenden Grenze unserer Lebensbedingungen. Im schlimmsten Falle werden eine ganze Reihe von Regionen, teils derzeit noch mit größeren Städten, unbewohnbar oder so gut wie unbewohnbar. Und dass sich damit neue Migrationsbewegungen herausbilden, samt aller Probleme, die das wiederum mit sich bringt, dürfte sich von selbst verstehen.  

Allerdings gilt für die IPCC-Szenarien: Welches davon der tatsächlichen zukünftigen Entwicklung am nächsten kommt, entscheidet sich daran, wieviel Klimaschutz und CO2-Reduktion wir weltweit in den nächsten Jahren bis Jahrzehnten hinbekommen. Entsprechend ende ich wieder auf demselben Refrain, nämlich dass ich nur jedem/jeder raten kann, das Thema Klimaschutz bei der anstehenden Wahlentscheidung zur Bundestagswahl mit angemessenem Gewicht zu berücksichtigen. Ich sehe insbesondere angesichts der Zeitskalen jeden und jede von uns in der Verantwortung, so zu wählen, dass wir der Klimakrise so entschieden wie möglich begegnen. Sprich: Von der Wahl von Parteien, die die Klimakrise als Ganzes leugnen, aber auch von Parteien, die sich bei eigener Regierungsbeteiligung oder von den öffentlichen Aussagen her als Klimakrisen-Abwiegler und/oder Klimaschutz-Verzögerer hervorgetan haben, rate ich dringend ab. (Tipp: Es ist durchaus aufschlussreich, sich anzuschauen, welche prominenten Parteimitglieder sich wie über die Klimakrise äußern. Wenn jemand sich fast nur zum Thema äußert,  um ein langsameres Tempo anzumahnen, nimmt der oder die die Klimakrise meiner Einschätzung nach nicht ernst genug.)

Themenübersicht

Ich habe mir für diese Serie die folgenden Themen überlegt, die ich in lockerer Folge besprechen will:

• Physikalische Intuition statt magischer Erzählungen
• Energie-Größenordnungen 
• Menschen-Temperaturen (dieser Beitrag hier)
• Hebelwirkungen für Strahlungsflüsse
• Physikalische Grundlagen: Treibhauseffekt ohne Simulationen
• Änderungsraten und Zustandsgrößen
• Erwärmung und Kipp-Punkte
• Risiken und der Umgang mit Unsicherheiten

Die Themenauswahl spiegelt wieder, was ich selbst für mein Verständnis der Klimakrise für entscheidend halte – und damit für den Umstand, dass ich die Klimakrise als extrem dringend einstufe. Dass die Themen physik-basiert sind, ergibt sich aus meinem persönlichen Hintergrund. Ich nähere mich dem Thema eben von der Physik her.

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