Charles David Keeling 

 

* 20.04.1928 in Scranton, Pennsylvania

† 20.06.2005 in Hamilton, Montana

Charles David Keeling war ein akribisch und beharrlich forschender Geist, der in aller Bescheidenheit und Akribie nicht nur den Zusammenhang zwischen der Nutzung fossiler Brennstoffe und CO2-Gehalten der Atmosphäre bewies, sondern auch den „Atem der Erde“ beschrieb: "Zum ersten Mal können wir dabei zusehen, wie die Natur CO2 aus der Atmosphäre holt,  um im Sommer Pflanzen wachsen zu lassen und wie es im Winter wieder zurück gegeben wird."[1]  Er war einer der ersten Naturwissenschaftler, welcher sich aufgrund von Forschungsergebnissen in den kontroversen Dialog mit Politik und Wirtschaft wagte und uns ein Beispiel für die Wirkmacht des persönlichen Engagements gibt.

Als Charles David Keeling 1958 begann an einem Vulkanstandort auf Hawaii den CO2-Gehalt der Atmosphäre zu messen, ahnte niemand, welche Bedeutung diese Messungen einmal für unser Verständnis des globalen Umweltsystems haben werden. Doch bereits die erste Veröffentlichung seiner Messreihen, 1962, lieferten ein belastbares Indiz für den menschengemachten Einfluss auf das weltweite Klimageschehen. Charles D. Keelings Messungen werden bis heute fortgeführt und die daraus resultierende Grafik – die Keeling-Kurve - zählt zu den bekanntesten

Darstellungen der neueren Wissenschaftsgeschichte.

Charles wuchs zusammen mit seiner zwei Jahre jüngeren Schwester Lyla in den Vororten Chicagos auf. Sein Vater, ein Investmentbanker, weckte in ihm das Interesse für Astronomie und Naturwissenschaften, während seine Mutter ihm die Liebe zur Musik nahebrachte. Nach seinem Chemiestudium entdeckte er sein Interesse für die Geologie, welcher er sich während seiner Doktorandenzeit neugierig zuwandte. So kam es nicht von ungefähr, dass er später, als junger Doktor der Chemie, an das neu gegründete Institut für Geochemie nach Kalifornien ging. Hier konnte er an einer damals noch unüblichen interdisziplinären Forschung teilhaben, die wir heute als „Geochemie“ kennen. Das war keine zufällige Entwicklung in der Wissenschaftslandschaft der 50er Jahre,  bedenkt man den mit Wirtschaftswachstum einhergehenden steigenden Bedarf an fossilen Brennstoffen. Die Zusammenarbeit mit Harrison Scott Brown, damaliger Leiter des Instituts und politischer Aktivist, war sicherlich ein entscheidender Einfluss für Charles und sensibilisierte seine Wahrnehmung für die Zusammenhänge von Ressourcennutzung und Umweltwandel.

Der Impuls für die lebenslange Beobachtung der CO2-Werte unserer Erdatmosphäre entsprang mehr oder weniger seinem Faible für Genauigkeit: Charles beschäftigte sich im Rahmen seiner Doktorarbeit mit CO2 -Gehalten in Flüssen und Steinen und deren Austausch mit der Atmosphäre. Die damaligen CO2-Messungen zeigten aufgrund verschiedener Feuchtegehalte der Luft zu große Ungenauigkeiten, als dass sie wissenschaftlich valide Analysen zugelassen hätten. Charles setzte erstmals für seine Kohlenstoffmessungen ein kontinuierliches Infrarot-Absorptionsverfahren ein. Diese Methode nutzt die Eigenschaft von CO2, Infrarotlicht bei bestimmten Wellenlängen zu absorbieren. Eine Methode, deren Präzision bis heute unübertroffen bleibt.  Die ersten Messungen führte er direkt an seinem Wohn- und Arbeitsort in Pasadena durch. Die starken Schwankungen seiner Messwerte leiteten ihn in abgelegene, naturnahe Gebiete, wo er sich geringere Störungen durch städtische Verschmutzungen erhoffte. Doch auch hier  schwankten die Werte, je nach Tageszeit: Nachts war mehr CO2 in der Luft als tagsüber, der Nachmittagswert war hingegen immer gleich und lag bei etwa 310 ppm. Nun waren sowohl seine Neugierde als auch sein wissenschaftlicher Ehrgeiz geweckt: Woher kamen diese CO2 Moleküle in der Nacht und wohin gingen sie am Tag? Schwankten die Molekülmengen oder war seine Vorgehensweise bei den Messungen der Grund für die variablen Werte?[2]  Er konnte sowohl valide Messreihen erheben, die zeigten, dass die Werteschwankungen genau zur Aktivität der Pflanzen passten, als auch nachweisen, dass es sich hierbei um photosynthesegebundenes und nicht etwa aus Emissionen stammendes CO2  handelte. Die gleichbleibenden Werte am Nachmittag bestätigten Keeling darin, dass man auch einen "Hintergrund"-Wert für die CO2-Konzentration in der Atmosphäre messen können müsste, der global gilt. Der Nachweis dieses „Hintergrundwertes“ war die Grundlage für die Untersuchung der Auswirkungen der steigenden CO2-Freisetzung durch menschliches Handeln auf die  CO2-Konzentration der Erdatmosphäre und sollte einige Jahre später den Nachweis des anthropogenen Treibhauseffektes ermöglichen. Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts hatten vereinzelte Chemiker und Physiker die Vermutung geäußert, dass die Industrietätigkeit des Menschen eine Veränderung in der Atmosphärenzusammensetzung mit sich bringt. Der englische Ingenieur und Erfinder Guy Stewart Callendar konnte bereits 1938 auf der Basis von Temperaturmessungen die globale Erwärmung nachweisen und brachte sie mit dem menschengemachten Treibhauseffekt in Verbindung.[3] Der Beweis für eine Veränderung des CO2-Gehalts stand jedoch mangels belastbarer Messwerte noch aus.

1956 wurde Roger Revelle, damaliger Leiter der Scripps Institution of Oceanography in Kalifornien,  auf Keelings Arbeit als Post-Doktorand für die meteorologische Forschungsabteilung des US-amerikanischen Wetterdienstes (US Weather Bureau, heute: National Weather Service) aufmerksam. An Revelles Institut beschäftigte man sich mit der Frage, ob das durch Verbrennung von Kohle und Öl freigesetzte CO2 gänzlich von den Meeren aufgenommen wird – damals eine weitverbreitete wissenschaftliche Position. Charles Keeling schlug Roger Revelle und seinem damaligen Arbeitgeber Harry Wexler, Meteorologe und Leiter der Forschungsabteilung,[4] ein globales Messprogramm vor, mit welchem man sich  sodann erfolgreich für das Internationale Geophysikalische Jahr 1957/58 bewarb und zu dessen Leiter man Keeling ernannte.

Ausgestattet mit den notwendigen Fördergeldern konnte der Jungwissenschaftler nun seine Messinstrumente an Orten platzieren, an denen weder Menschen noch Industrie oder Pflanzen als Störfaktoren die Werte beeinflussten: Das erste Gerät wurden 1958 auf dem Mauna Loa auf Hawaii installiert und der erste Datenpunkt der Keeling-Kurve, gemessen im März 1958 am Mauna Loa, zeigte eine CO2-Konzentration in der Atmosphäre von 313 ppm. Einen weiteren Gasanalysator platzierte er in der Antarktis und einen dritten in Kalifornien; einen behielt er in seinem Labor, um damit überall auf der Welt und mit Flugzeugen hoch in der Atmosphäre eingesammelte Proben zu untersuchen.

1962 veröffentlichte Keeling erstmals die Ergebnisse seiner Messungen, die durch ihre bis dahin unerreichte Genauigkeit jeder Skepsis standhielten[5]. Die regelmäßig schwankenden Werte zeigten, wie das Leben auf der Erde langsam im Laufe eines Jahres ein- und wieder ausatmet, ebenso wie er es schon in den Tag-Nacht-Schwankungen seiner anfänglichen Messungen in Pasadena beobachtet hatte.

Keeling sah aber noch etwas anderes: Die Messungen schwankten zwar im Laufe eines Jahres auf und ab. Am Ende eines Zyklus erreichte die CO2-Konzentration aber nie exakt den Ausgangspunkt des Vorjahres, sondern lag immer ein kleines bisschen darüber. Die mittlere CO2-Konzentration der Atmosphäre stieg an.

Aus dem jungen Postdoc wurde so ein US-amerikanischer Klimaforscher, dessen Beharrlichkeit und Einstehen für analytische Präzision wir unser heutiges Verständnis des atmosphärischen CO2 verdanken. Es gab des öfteren  Versuche, das Programm aus finanziellen Gründen einzustellen, auch erachtete man diese routinemäßige Datenerhebung als wenig attraktive Zuwendungsadresse. Aber Keeling beharrte, lobbyierte und hörte einfach nicht auf zu messen. Die Analyse der „Luft in Flaschen“, welche er in allen Teilen der Welt sammelte, zeigt als grafische Darstellung die nach ihm benannte „Keeling-Kurve“, ein Wissenschaftsdenkmal. Bereits 1965 warnte er als Mit-Autor eines Berichtes des amerikanischen Wissenschaftsbeirats vor einem Abschmelzen der Antarktis, dem Anstieg des Meeresspiegels und der Versauerung des Süßwassers. 2002 verlieh man ihm in Anerkennung seines Engagements und der Bedeutung seiner Erkenntnisse die National Medal of Science, den höchsten Wissenschaftspreis, der in den USA für das Lebenswerk eines Forschers vergeben wird. Pikanterweise überreichte George W. Bush, damals noch ein bekennender Leugner des Klimawandels, die Ehrung.

Charles Keeling starb 2005 im Alter von 77 Jahren in seinem Sommerhaus in Montana an einem Herzanfall. Er hinterlässt seine Witwe Louise, eine Tochter und vier Söhne. Sein Sohn Ralph, Professor  der Geochemie, betreut bis heute eine der wichtigsten Messreihen der Klimaforschung an eben dem Institut, in dessen Räumen sein Vater dieses Langzeitprojekt einst aus der Taufe hob und dem er sich 43 Jahre lang widmete.

Quellen

[1] Zitiert aus Sternengeschichten, Folge 452

[2]Ausführlichere und dennoch laientaugliche Darstellung zu den verschiedenen Kohlenstoff-Varianten: Florian Freistetter (2019)

[3]https://de.wikipedia.org/wiki/Guy_Stewart_Callendar

[4]Harry Wexler, der erste Wissenschaftler, der an Bord eines Flugzeugs (einem Douglas A-20-Bomber) in einen Hurrikan flog, um Daten zu sammeln …. eine weitere spannende Persönlichkeit.

[5]Dennoch ist es für die Schülerinnen und Schüler empfehlenswert von den „Störfällen“ zu berichten: Die Messstationen von Keeling fernab von störenden Kohlenstoffdioxid-Quellen platziert. So war die Messstation auf dem Mauna Loa in großer Höhe auf der windzugewandten Seite aufgestellt worden. Auch die Messstation in der Antarktis befand sich weit weg von CO2-Quellen und -Senken. Trotzdem wurden an allen Messorten von Beginn an die festgestellten Kohlenstoffdioxid-Konzentrationen bisweilen durch Verunreinigungen verfälscht. Am Südpol war beispielsweise einmal ein Verbrennungsmotor ursächlich, der in der Nähe zur Messstation lief. Am Mauna Loa waren dies Ausgasungen des Vulkans, die in seltenen Fällen bis zur Messstation gelangen konnten. Die Störungen waren in den Aufzeichnungen jedoch stets deutlich erkennbar, denn sie waren nur von kurzer Dauer und hoher Amplitude, sodass diese Messwerte auf einfache Weise erkannt und verworfen werden konnten. (https://de.wikipedia.org/wiki/Keeling-Kurve)