Vielleicht haben Sie schon mal eine Urlaubspostkarte aus Afrika bekommen: Giraffen und Schnee auf einem Bild – das gibt’s doch nicht? Doch, es ist kein Photoshopping. Der Schnee liegt auf dem Kilimandscharo und die freundlichen Gesellen mit den langen Hälsen stehen auf festem Boden in Tansania. Ist es denn in Afrika nicht überall heiß? Schnee gibt’s doch nur unter null Grad? Ich schlage vor, wir schauen uns das mal an. Dazu müssen wir uns mit etwas recht Alltäglichem beschäfti­gen: mit der Luft.

Zunächst eine Begriffsklärung: Als Atmosphäre bezeichnen wir die Gesamt­heit der Luft, welche die Erde umgibt. Luft verhält sich zur Atmosphäre etwa so wie Wasser zum Ozean. Die Luft selbst wiederum ist ein Gemisch aus Gasen, vorwiegend Stick- und Sauerstoff. Mit der Höhe wird die Luft dünner und offensichtlich auch kälter.

Dünner als man glaubt

Stellen Sie sich bitte eine Lagerhalle vor, in der viele Matratzen, vielleicht 50 Stück, übereinander gestapelt sind. Wenn eine Matratze 20 kg wiegt, dann lastet auf der untersten ein Gewicht von einer Tonne, so als würde ein Kleinwagen auf ihr schlafen. Eine Matratze ist elastisch und wird unter der Last zusammengequetscht, vielleicht auf ein Viertel der ursprüng­lichen Dicke. Die Matratze Nummer 25 braucht nur das halbe Gewicht zu tragen und wird weniger zusammengedrückt. Die oberste hat es am besten, sie braucht kein fremdes Gewicht zu tragen.

Mit der Luft um uns herum ist es ähnlich. Die unterste Luftschicht muss das Gewicht der gesamten Luftmasse darüber tragen; pro Quadrat­zentimeter – pro Daumennagel – ist das ein Kilogramm. Dabei wird die Luft stark komprimiert. Von den Wetterfröschen wird der Druck in „Pascal“ gemessen. Vielleicht haben Sie „tausend Hektopascal“ im Wetter­bericht schon mal gehört.

Aus naheliegenden Gründen wird dieser Druck auch als eine Atmosphäre (atm) bezeichnet. Wenn wir in die Höhe steigen, dann lässt die Last der Luft, die noch getragen werden muss, nach, ähnlich wie im Matratzen­lager. Deswegen lassen Dichte und Druck nach, die Luft wird dünner. In 6000 m Höhe sind Druck und Dichte nur noch die Hälfte, in 12.000 m ein Viertel und in 18.000 m ein Achtel, also nur noch 0,12 Atmosphären. Der Luftdruck geht nie ganz auf null, aber man hat sich darauf geeinigt, dass in 100 km Höhe die Atmosphäre endet und der Weltraum beginnt.

Ab 3000 m Höhe bekommen wir Flachländer nicht mehr genug Sauerstoff in unsere Lungen. Das liegt nicht daran, dass die Zusammensetzung der Luft sich ändern würde – es bleibt bis in großer Höhe immer bei vier Fünftel Stick- und ein Fünftel Sauerstoff –, es liegt daran, dass die Luft insgesamt zu dünn geworden ist.

An Bord der Airliner, die in rund 12.000 m unterwegs sind, wird deswegen die Luft künstlich komprimiert, und zwar auf den Druck, der in 2500 m herrscht. Das genügt für entspanntes Atmen. Falls die Kompressoren ausfallen sollten, fiele der Druck in der Kabine auf eine viertel Atmosphäre – zu wenig zum Überleben. Daher fallen bei der Gelegenheit Masken vom Himmel. Eine charmante Flugbegleiterin erklärte einmal vor dem Start: „… ziehen Sie die Maske zu sich herab und atmen Sie normal weiter. Versorgen Sie erst sich selbst, bevor Sie Kindern helfen oder Erwach­senen, die sich benehmen wie Kinder.“

Aus der Maske atmen wir ziemlich reinen Sauerstoff, wobei der Druck aber nach wie vor nur eine viertel Atmosphäre beträgt. Da wir jetzt aber nicht mehr 78 % nutzlosen Stickstoff in unsere Lungen pumpen, kommen wir damit über die Runden.

Warum liegt der Schnee nicht im Tal?

Mit der Höhe nimmt aber nicht nur der Luftdruck ab, sondern auch die Temperatur. Warum? Warum liegt der Schnee auf den Bergen und nicht im Tal? Ein Tiroler würde antworten: „Weil ma sonst ned Schifoan kannt.“ So einfach wollen wir es uns aber nicht machen.

Die Luft wird mit der Höhe immer kälter, und zwar um 6,5 ˚C pro 1000 m. Wenn es in Garmisch-Partenkirchen 10 ˚C hat, dann hat es 2300 m höher, auf der Zugspitze, 15 ˚C weniger als im Tal, also -5 ˚C. Das gilt auch für noch größere Höhen. Wenn man im Jet in 12.000 m Höhe fliegt und am Boden 20 ˚C herrschen, dann hat es um den Flieger herum vermutlich 78 ˚C weniger als am Boden, also -58 ˚C.

Manchmal gibt der Kapitän uns Passagieren solche Werte durch, weniger als nützliche Information denn als Kuriosität. Aber warum ist es da oben so kalt? Steigt denn die warme Luft nicht nach oben?

Das tut sie in der Tat, aber die Sache ist etwas komplizierter. Die Sonne heizt die Luft nicht direkt auf; sie scheint in erster Linie durch sie hindurch, bis die Strahlung auf den Erdboden fällt und diesen aufwärmt. Der Boden steht in direktem Kontakt mit der Luft und gibt einen Teil der Wärme an sie weiter. Die Luft erwärmt sich, dehnt sich aus, wird dadurch leichter und steigt nach oben, so wie über einer brennenden Kerze. Das bezeichnen wir als Thermik. So weit so gut.

Da der Luftdruck aber mit der Höhe abnimmt, wird sich die aufsteigende Luft ausdehnen. Dabei passiert etwas Paradoxes: Durch die Expansion kühlt sie sich wieder ab. Wenn ihre Temperatur sich dann schließlich der Umgebungsluft angeglichen hat, dann steigt sie nicht mehr weiter in die Höhe. Jetzt ist sie auch nicht mehr wärmer als die Luft um sie herum und auf diesem Niveau bleibt sie liegen.

Bei diesem Spiel stellt sich ein durchschnittlicher Temperaturabfall von 6,5 ˚C pro tausend Meter Höhe ein. Mit diesem Wissen können wir übrigens berechnen, wie sich die Schneegrenze mit der Erwärmung des Planeten – falls sie denn wirklich stattfindet – nach oben verschiebt. Schnee­grenzen und Gletscher sind von großem Interesse für Klimaforscher.

Etwas über das Ziel hinausgeschossen ist dabei allerdings das IPCC, sozusagen der Vatikan in Sachen Klimawandel. Im Januar 2010 veröffentlichte man dort einen Bericht, demzufolge die Gletscher des Himalaja bis zum Jahr 2035 mit 90 % Wahrscheinlichkeit verschwunden wären. Reinhold Messner wäre dann 91 Jahre alt und könnte all die Achttausender noch mal barfuß, ohne Steigeisen machen.

Prüfen wir die Plausibilität dieser Behauptung: Damit alle Gletscher am Himalaja schmelzen, müsste die Schneegrenze in die Gipfelregionen ansteigen, also auf über 8000 m. Zurzeit liegt sie bei 4500 m. Das wäre ein Anstieg um 3500 m. Alle 1000 m sinkt die Temperatur um 6,5 ˚C, oder anders ausgedrückt, damit die Null-Grad-Grenze um 1000 m ansteigt, müsste die globale Durchschnittstemperatur um 6,5 ˚ zunehmen. Für einen Anstieg von 3500 m müsste sich die Atmosphäre um 23 ˚C erwärmen.

Im Rahmen der aktuellen Diskussionen wird von Erderwärmung der Größenordnung 0,02 ˚C pro Jahr gesprochen. Und nach Meinung des IPCC soll sich die Erde in den nächsten 25 Jahren um 23 ˚C erwärmen? Hallo, aufwachen! Es würde über tausend Jahre dauern.

Die Veröffentlichung wurde vom IPCC wieder zurückgezogen; mit den entsprechenden Klimadatenbanken sei etwas in Unordnung gewesen. So etwas ist verzeihlich. Unverzeihlich ist, dass keiner der Autoren oder der Korrektoren genügend von seinem Fach verstand, um unsere simple Rechnung nachzuvollziehen, die man in fünf Minuten auf dem Rücken eines Briefumschlages machen kann.

Und auch der Kilimandscharo behält seine Schneekappe. Rechnen wir mal: Der Gipfel ist knapp 6000 m hoch. Damit ist es da oben rund 39 Grad kälter als auf Meereshöhe. Das reicht auf jeden Fall für eisige Tempera­turen für die nächsten Jahrzehnte.

Eisbären und Eisberge

Es soll nicht geleugnet werden, dass die Ausdehnung von Eis und Schnee ein besonders sensibler Nachweis globaler Temperaturänderung ist. Aus diesem Grund war ja auch der zottelige Eisbär das Maskottchen von Global Warming – bis er von Greta abgelöst wurde.

Lassen Sie uns erst einmal zwischen Eisbergen und polarem Eis unter­scheiden. Eisberge sind Bruchstücke von Gletschern, die vom Fest­land ins Meer gerutscht sind und jetzt im Salzwasser dümpeln. Das passiert z. B. an den Küsten von Grönland, Patagonien oder der Antarktis. Und dann gibt es noch das Eis, welches entsteht, weil das Meerwasser im Winter gefriert. Das schwimmt dann wie ein riesiger Pfannkuchen aus salzigem Eis auf dem Arktischen Ozean, mit Mittelpunkt Nordpol.

Diese Eiskappe wächst und schrumpft im Sommer/Winter-Rhythmus. Es ist aber auch ein deutlicher kontinuierlicher Rückgang zu beobachten. Ob das für die Eisbären ein Problem oder ein Segen ist, darüber gehen die Meinungen auseinander. Sicher ist aber, dass das keinen Anstieg des Meeresspiegels verursacht. Wenn die Eiswürfel in Ihrem Longdrink schmel­zen, dann wird das Glas ja auch nicht voller.

Kommen wir zurück zu den Gletschern. Immer wieder ist von „Gletscher­schwund“ zu hören. Schau’n wir mal. Wenn es in den vergangenen 50 Jahren 1 °C wärmer geworden wäre, dann kommen wir mit unserer Formel auf einen Anstieg der Schneegrenze um 150 m – Höhenmeter! Wenn so ein Gletscher am Hang mit einer Steigung von 1 : 5 liegt, dann wäre sein Rand um 750 m bergauf zurückgewichen. Das ist dramatisch und der Hüttenwirt wird uns vielleicht erzählen, wie er als Bua noch im Frühling mit den Schiern bis zur Hütte abgefahren ist, und heut‘ muss er jede Menge hatschen, um nach Hause zu kommen.

Und der Meeresspiegel?

Würde Gletscherschwund zu bedrohlichem Ansteigen des Meeresspiegels führen? Im Ötztal liegt der Vernagtferner, ein bei den Forschern beliebter, sehr stattlicher Gletscher. Sein Volumen ist ca. ein „Kubikkilometer“, das wäre eine Milliarde Tonnen Wasser, wenn geschmolzen. Stellen wir uns vor, dass das einfach so, ohne Verlust, ins Meer gelänge – um wieviel würde der Meeresspiegel ansteigen? Rechnen Sie’s nach: ein paar Tausendstel Millimeter, weniger als eine Haaresbreite. Da wäre in Manhattan noch nicht Land unter.

Man hat inzwischen auch herausgefunden, dass es neben Gletschern noch andere Phänomene gibt, die Süßwasser vom Land ins Meer transportieren: sogenannte Flüsse. Der Amazonas beispielsweise spuckt kontinuierlich – nicht nur in unserer Vorstellung – die erwähnte Menge von einer Milliarde Tonnen in den südlichen Atlantik. Nicht in einem Jahr, nicht an einem Tag, in jeder Stunde! Und Manhattan steht immer noch im Trocknen.

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