1. Einführung

In mehreren Kapiteln wird hier ein allgemeiner Überblick über den unübersichtlichen Komplex des sogenannten Terraforming gegeben.

In letzter Zeit ist in den Medien relativ viel zu diesem Thema zu finden. Oft handelt es sich dabei um eine unreflektierte und oberflächliche Betrachtungsweise, die geringe naturwissenschaftliche und ingenieursmäßige Kenntnisse verrät. Die Umwandlung eines (für uns) lebensfeindlichen Himmelskörpers in eine bewohnbare Heimstatt ist zwar einfacher als man als skeptischer Mensch zunächst annimmt, aber doch viel schwieriger und komplexer, als die populären Szenarios glauben machen.

Dieser Artikel stützt sich in erster Linie auf die vorbildlichen Ausführungen von Martyn Fogg in seinem - Maßstäbe setzenden - Buch "Terraforming" von 1995, Warrendale, PA. U.S.A. (bisher noch nicht übersetzt). Darin werden alle relevanten Terraforming-Vorschläge beschrieben und auf ihre Plausibilität abgeklopft. Die Bilanz ist ernüchternd, aber nicht völlig pessimistisch.

Das Motto jenes Buches lautet:

What I cannot create I do not understand


Ein weiteres Motto lautet:

Scientists study the world as it is, engineers create a world that never has been


Damit ist eigentlich schon alles über Wesen und Sinn des Terraforming gesagt. Dennoch werde ich diesen Artikel hier nicht beenden, sondern einige zentrale Probleme  anreißen, die sich auf der Erde, dem Mars, der Venus, dem Mond und dem Merkur ergeben.

 

 

2. Die Erde

Auch die Erde kann terraformt werden. Mit geringem und langsamem Erfolg tun dies die Menschen seit Erfindung der Landwirtschaft mit ihren Rodungen, Trockenlegungen, Bewässerungen etc. Aber der Effekt ist insgesamt nicht sehr beeindruckend. Wenn man die Umwandlung von 30 Millionen Quadratkilometern Wildnis in Acker- u. Weideland betrachtet und dann die Klimaveränderungen seit, sagen wir mal 5000 Jahren, dagegen stellt, ist es nur zu mäßigen Veränderungen, meist Erwämungen, gekommen. Die tatsächlich gemessenen Veränderungen, enthalten ja schließlich auch noch die natürlichen Schwankungen, die sich dem anthropogenen Effekt überlagern. Beide Ursachenbündel sind schwer auseinander zu halten. Fest steht nur, daß die Abholzung der östlichen USA und des Mittelmeerraumes, die Schaffung mehrerer sehr großer Stauseen, die Trockenlegung von zehntausend Quadratkilometern Moor in Norddeutschland aber auch die Vernichtung des Aral-Sees u.v.a. gewaltige Maßnahmen waren, aber trotzdem nur wenig dramatische Veränderungen brachten.

Nun, seit wenigen Jahrzehnten, geht es durch CO2 - und Staubemissionen und durch Aerosole deutlich stärker zur Sache. Terraformt der Mensch unseren Planeten also seit einiger Zeit (zwar ungewollt) aber effektiv? Diese Frage kann man (noch) nicht eindeutig beantworten. Es ist seit 1976 auf der Welt um ca. 0.6 Grad wärmer geworden und der CO2 - Gehalt hat sich seit dem späten 18. Jh. von 280 ppm auf 370 ppm erhöht, soweit ist alles klar. Aber da tauchen sofort mehrere Fragezeichen auf.

Erstens hat es während des langen CO2-Anstieges einige dramatische Abkühlungsphasen gegeben, auch noch lange nach dem zweiten Weltkrieg.

Zweitens ist der natürliche CO2-Ausstoß durch Vulkane, Moore und Verwitterung von Karbonatgesteinen abzuziehen, denn er geht nicht auf menschliche Aktivitäten zurück. Allerdings wurde die Verwitterung und Verkarstung durch Abholzungen etwas beschleunigt.

Drittens gibt es Meßreihen aus Antarktisbohrkernen, die belegen, daß eine Erwärmung den CO2-Gehalt der Luft erhöht, statt umgekehrt und zwar in einer Verzögerung von mehreren hundert Jahren. Dies würde die Treibhaushypothese auf den Kopf stellen.

(Quelle: Petit et.al; Nature, Vol. 399, 3.Juni 1999 und Fischer et.al; Science Vol 283, 1999)

Viertens gibt es eine bisher nicht widerlegte Hypothese der Dänen Friis-Christensen, Svensmark und Lassen (1991) die untersucht haben, ob es eine signifikante Korrelation zwischen der Sonnenwindaktivität und der Temperatur auf der Erde gibt. Es gibt tatsächlich eine beeindruckende Korrelation in den letzten dreihundert Jahren. Die These besagt, daß bei gesteigerter Sonnenaktivität der zunehmende Sonnenwind die kosmische Strahlung (aus der Tiefe des Alls kommend) reduziert. Dadurch wird die Ionisierung von Luftmolekülen vermindert, was wiederum die Wolkenbildung reduziert. Damit steigt die Temperatur der Erde deutlich an. Seit 1976 befinden wir uns wieder in einer Phase hektischer Sonnenaktivität, verminderter kosmischer Strahlung und somit steigender Temperaturen. Das Thema soll hier nicht weiter vertieft werden, es wird auf das hervoragende Buch von Nigel Calder: " Die launische Sonne" 1997, verwiesen.

Fünftens wird von etlichen Physikern und Meteorologen überhaupt bezweifelt, ob es einen Treibhauseffekt geben kann, da die relative Wärme der Erde (sie ist um 33 Grad wärmer, als nach der Sonneneinstrahlung zu erwarten wäre) viel besser durch den Druck der Atmosphäre, erklärt werden könnte. Nach Meinung dieser Wissenschaftler (die sich auf die Wärmelehre und die Gastheorie der klassischen Physik beruft) bestimmen im Wesentlichen die Gravitation und die Masse der Atmosphäre die Temperaturverhältnisse innerhalb derselben.

Die allgemeine Gasgleichung:

p x v = R x T


und die adiabaten Zustandsänderungen:

p x v k = const
und
T x v k-1 = const

können danach die Durchschnittstemperatur der Erde von ca. 15 Grad Celsius, aber auch die Venustemperatur von ca. 465 Grad Celsius hinreichend genau erklären, ohne auf Spurengase und "Gegenstrahlung" zurückzugreifen. Allerdings ist der Wasserdampf grundsätzlich in alle Betrachtungen einzubeziehen.

Somit bleibt bis auf weiteres offen, ob die kumulierte Verbrennung von 125 Mrd. Tonnen Öl und 250 Mrd. Tonnen Kohle, sowie 50 000 Mrd. cbm Gas, (also eine doch gewaltige Aktion, seit Mitte des 19. Jh.) wirklich kausal für eine leichte Erwärmung der Erde verantwortlich ist.

Aber auch wenn tatsächlich eine anthropogen verursachte Erwärmung stattgefunden hat, erkennt man am Vergleich von input und output, daß Terraforming kein Kinderspiel ist, also nichts, was man so eben mal im Vorbeigehen erledigt, (z.B. ein paar Spaltalgen in der Venusatmosphäre aussetzen oder etwas Ruß auf den Marspolkappen verstreuen etc. und schon wird der Planet bewohnbar).

Wenn man die Bedingungen auf der Erde in relativ kurzer Zeit gravierend verändern will, z.B. weil eine galoppierende Aufheizung gestoppt werden muß oder einer beginnenden Eiszeit gegenzusteuern ist, sind Maßnahmen sehr viel größeren Umfanges zu treffen. Zwei besonders anschauliche Methoden werden nachfolgend kurz geschildert. Eingriffe in die Zusammensetzung der Atmospäre, wie Endlagerung von CO2 in den Ozeanen, Zerstörung der CKW-Moleküle mit gigantischen Laseranlagen, Erzeugung von Aerosolen etc. werden hier ausgelassen. Im Teil 2 (Mars) wird auf solche Atmosphärenexperimente jedoch eingegangen:

 

 

3. Abschirmung der Erde

Wenn infolge einer sich rasant beschleunigenden Aufheizung der Erde (gemäß dem bekannten Venus-Szenario - welches aber ziemlich unrealistisch ist) die Notbremse gezogen werden muß, kann man eine teilweise Abschirmung der Erde vornehmen. Raumgestützte Schirme (Parasole) können z.B. 1 % der Sonneneinstrahlung abschirmen, wenn ihre Fläche 1 % der Projektionsfläche des Planeten ausmacht.

Es gilt die Formel:

 F = 0.01 Pi x  r 2 = 1.3 Mill. km2

Dies entspricht etwa der Fläche von Peru. Der Erdradius r kann grob genähert mit 6400 km angesetzt werden. Es können hierbei dünne Folien verwendet werden, z.B. Alu-Folie mit 13-25 Micron Stärke, oder Aluminiumverstärktes Polymer mit nur zwei Mikron Stärke. Ein Schirm mit den Abmessungen von ca. 1.3 Millionen Quadratkilometern würde im letzten Fall eine Masse von ca. 6 Mill. Tonnen aufweisen.

Nun kommen vier verschiedene Orbits in Frage:

a) LEO:

in einer Flughöhe von z.B. 1000 km wäre der Parasol nur in 10% seiner Umlaufzeit wirksam. Außerdem ist mit einem zwar geringen, aber fatalen Bremseffekt durch die Exosphäre zu rechnen. Bei der Herstellung ergibt sich ein sehr hoher Verbrauch an Raketentreibstoffen.

b) GEO:

in einer Flughöhe von z.B. 36 000 km hätte der Parasol ebenfalls nur eine geringe Effizienz. Bei der Herstellung ergibt sich ein ebenfalls ein hoher Verbrauch an Raketentreibstoffen. Es könnte aber Mond- bzw. Asteroidenmaterial verwendet werden.

c) L 1:

hierbei ist der Librationspunkt L 1 des Systems Erde-Sonne gemeint, also der Punkt, wo sich die Gravitation durch Erde und durch die Sonne gerade die Waage hält. Er ist 1.5 Millionen Kilometer hoch. Die Effizienz beträgt 100 %!!

Der Schirm wäre semistabil, d.h. er könnte im Prinzip an seinem Ort verharren, ist aber anfällig gegen Störungen durch die Mondgravitation und durch Lichtdruck und Sonnenwind. Im Schweregleichgewicht befände er sich nur in seinem Mittelpunkt (bzw. in seinem Schwerpunkt). Alle anderen Bereiche erfahren eine leichte Beschleunigung zum Zentrum hin.
Dies könnte durch eine leichte Rotation um die Achse Erde-Sonne ausgeglichen werden. (2 mal pro Jahr). Eine schnellere Rotation würde den Parasol zwar straffen, ihn aber in ein Gyroskop verwandeln, was z.B. eine gewünschte Lageveränderung erschweren würde.

d) Schwebender Orbit:

in 15 Millionen Kilometer Entfernung von der Erde könnten viele kleine Schirme stationiert werden. In dieser Entfernung überwiegt die Sonnenanziehung zwar die Erdanziehung spürbar, aber dieser Effekt wird gerade durch den in Richtung Erde wirkenden Lichtdruck aufgehoben.Nur die Positionen nach c) und d) kämen praktisch in Betracht. Aber selbst dort muß immer mit kleinen Bahnstörungen und Lageinstabilitäten gerechnet werden. Je dünner die Schirmfolie, desto preiswerter wird zwar die ganze Aktion, aber umso leichter reagiert der Schirm auf Lichtdruck und auf den ungleichmäßig starken Sonnenwind.Ideal wäre ein durchlässiges Folienmaterial, welches Licht in langwelliges Infrarot umwandelt, und damit auf der Rückseite des Schirmes einen leichten "Rückstoßeffekt" erzeugt. Diese Infrarotstrahlung würde von der Atmosphäre nicht durchgelassen.

 

 

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Wahrscheinlich kann auf aktive Positionskontrolle mit kleinen Ionentriebwerken nicht verzichtet werden, was aber einen regelmäßigen Wartungsaufwand erfordern würde.

Die Kostenschätzung für eine solche Maßnahme kann naturgemäß nur ganz grob ausfallen.Wenn 13 000 Schirme zu 100 Quadratkilometern oder ein Schirm zu 1.3 Millionen Quadratkilometern aus einer Folie von zwei Mikron Stärke eingesetzt werden, ergibt sich ein Volumen von 2.6 Millionen Kubikmetern. Daraus ergibt sich eine Masse von ca. 6 Millionen Tonnen. Vom Space Shuttle brauchen wir in diesem Zusammenhang gar nicht erst zu reden, das würde Billiarden kosten.Wenn aber billige Schwerlastraketen, deren Unterstufen wiederverwendbar sind, für den Materialtransport sowie eine weiterentwickelte Raumfähre für den Transport der Montageastronauten eingesetzt werden, rückt die Maßnahme in den Bereich des gerade noch finanzierbaren.

Martyn Fogg gibt (1995) eine Spannweite von 100 Mrd. bis 1 Billion Dollar an. Die hundert Milliarden sind aber kaum realistisch, höchstens wenn das Rohmaterial auf dem Mond produziert und in raumgestützte Fertigungsanlagen katapultiert wird.

Also ist eher  von einer Billion auszugehen. Warum nicht? Bezahlbar ist dies für die Menschheit durchaus, viel leichter als wenn man die Industrien der ersten Welt ruiniert, den CO2 - Ausstoß halbiert und alle Energiekosten weltweit in die Höhe treibt. 

Dies kostet durchaus mehr als eine Billion Dollar.

 

 

4. Was bekommt man als Gegenwert?

Eine Verminderung der Sonneneinstrahlung um 1 %. Meßbar und spürbar wäre dieser Effekt schon, allerdings erst nach einigen Jahren. Der kleine schwarze Fleck vor der Sonnenscheibe würde optisch kaum auffallen. Eine Reduzierung der Durchschnittstemperatur um ca. 1 - 2 Grad wäre zu erwarten. Aber in Timbuktu könnte man es dann immer noch nicht aushalten. Martyn Fogg errechnet daraus ein kompensiertes Wärmeäquivalent 1.3 Billionen Tonnen CO2. Aber ob das überhaupt eine sinnvolle Gleichsetzung ist, soll hier nicht weiter erörtert werden.

Raumspiegel

Es ist nicht ausgemacht, daß die gegenwärtige Erwärmung auch nur Jahrzehnte lang so weitergeht. Ein Umkippen in eine Abkühlung mit den grauenhaften Auswirkungen der kleinen Eiszeit (1300 bis ca. 1750) kann nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Wenn sich dann herausstellt, daß CO2 doch kein Treibhausgas ist und man der Kälte gar nicht durch erhöhte Emissionen begegnen kann, wäre eine zusätzliche Einstrahlung von Sonnenlicht zu erwägen. Dies könnte mit Raumspiegeln erfolgen, welche Licht auf die Erde fokussieren, das sonst an ihr vorbeigestrahlt wäre. Über solche Solettas hat vor allem Krafft Ehricke sehr intensiv nachgedacht. Wiederum wäre ein großer Materialaufwand zu treiben. Um die gesamthafte Einstrahlung um 1 % zu erhöhen, wäre auch hier eine Spiegelfläche von der ungefähren Größe Perus erforderlich. Die Masse kann zu 6 Millionen bis 50 Millionen Tonnen geschätzt werden, je nach Stärke der Folie. In erster Linie ist an die Verwendung von natriumbedapfter Aluminiumfolie zu denken. (Die Masse der Spannkonstruktion ist hoch, bleibt aber hinter dem Foliengewicht weit zurück)

Eine Plazierung auf einem Orbit um L 2, also hinter der Erde wäre stabil oder zumindest semistabil. Am L 1 -Punkt des Systems Erde-Mond wurde bereits mal ein solcher Orbit für fünf Jahre als Parkbahn für die Halley-Sonde ICE benutzt.

Eine weitere Möglichkeit wäre die Errichtung eines sogenannten Statiten. Das ist ein aktiv stabilisierter Spiegel, der schräg hinter der Erde in einem solchen Neigungswinkel plaziert wird, daß er permanent durch das Gegenspiel von Lichtdruck, Erdanziehung und Fliehkraft in der Schwebe gehalten wird. Damit die Fliehkraft wirken kann, muß der Spiegel auf einem genau definierten Umlauf um L 2 gehalten werden. Die folgenden schematischen Abbildungen zeigen den um L 2 orbitierenden Spiegel (in zwei Positionen), sowie das Kräfteparallelogramm.

 


Schema eines um L 2 orbitierenden Spiegels

 


Prinzipskizze der wirksamen Kräfte


Die Kosten liegen ungefähr in derselben Größenordnung wie beim Raumschirm.Der Nutzen besteht in einer 1 % igen Erhöhung der Gesamteinstrahlung, also in einer leichten Milderung einer Kaltzeit. Bei Zuständen, wie sie in Europa um 1430 oder um 1710 herrschten, mit einer bereits im Oktober zugefrorenen Themse und ausgehungerten Wolfsrudeln in den Vorstädten von Paris, wäre jedoch eine ca. 4 % ige Erhöhung der Sonneneinstrahlung vorzuziehen. Das bedeutet eine Spiegelfläche von ca. 5 Millionen Quadratkilometern, also von der Fläche ganz Westeuropas.Die sozusagen handwerklichen Probleme beim "Ausrollen" der Folien und der Anordnung der Segmente zu einem kreisförmigen Objekt von mehr als 1000 km Durchmesser sind angesichts des Sonnenwindes und vieler gravitativer Störungen, also Verzerrungen der Raum-Metrik, als sehr groß einzustufen. Ich empfehle jedem mal, im Garten (bei Windstärke 3-4) einen Meter Klarsichtfolie abzurollen und das Stück fein säuberlich auszubreiten und z.B. auf einen Rahmen zu spannen. Viel Spaß.

 

 

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