Wie wird die Erdtemperatur gemessen? Eine kurze Geschichte.

Die Erde erwärmt sich. Aber welche wissenschaftlichen Daten haben zu dieser Aussage geführt? Es ist nicht einfach, die Verlässlichkeit einer solch komplexen Messung zu überprüfen. 

Der technologische Fortschritt, die Verlagerung von Messstationen, die unterschiedliche Datenmenge, die über die Jahrhunderte gesammelt wurde. Das sind nur einige der Faktoren, die Einfluss auf die Erstellung einer zuverlässigen Temperaturaufzeichnung nehmen.

Die ersten Serien von Temperaturmessungen stammen aus dem frühen 17. Jahrhundert. Trotzdem erreichte die gesammelte Datenmenge erst 1880 das Minimum, das für die Erstellung einer zusammenhängenden Reihe erforderlich war. Alle Messungen davor erreichen uns über „Proxy-Daten“, wie auch bei Jahresringen, Fossilien, Eis- und Gesteinsproben. Das sind indirekte Methoden, die uns zwar grundlegende Hinweise auf die Temperaturentwicklung in der Antike liefern, die jedoch nicht mit aus direkten Messungen stammenden Daten vergleichbar sind.

Die Meerestemperatur: die Entwicklung der Messtechniken von 1900 bis heute

Vor 1940 bestand die gängigste Methode zur Messung der Meeresoberflächentemperatur darin, einen an einem Seil befestigten Eimer von einem Boot zu werfen. Der Eimer wurde gefüllt, wieder an Bord geholt und die Temperatur des gesammelten Wassers gemessen. Es versteht sich von selbst, dass diese Methode eine Reihe kritischer Aspekte mit sich bringt: Die Lufttemperatur, der Wind und die Zeit zum Heben der Schaufel sind Variablen, die die gesammelten Daten sogar sehr stark beeinflussen können.

Um die 1940er-Jahre herum verbreitete sich jedoch die Praxis, die Temperatur des Wassers zu messen, das in Schiffe geleitet wurde, um die Maschinen zu kühlen. Mit dieser Methode wurden genauere Messungen erhalten. Die durchschnittliche Temperatur war dabei um einige zehntel Grad höher als beim Werfen des Eimers.

Erst in den 1990er-Jahren wurde der Einsatz von schwimmenden Bojen zur Messung der Meerestemperatur übernommen. Heute werden etwa 80 % der erhobenen Daten mit dieser Methode ermittelt. Da das von diesen Bojen abgefangene Wasser im Allgemeinen tiefer liegt als das in den Schiffen gesammelte und außerdem nicht mit den Maschinen in Berührung kommt, sind die mit den Bojen gemessenen Temperaturen im Allgemeinen niedriger. Aus diesem Grund wurden moderne Daten sowie die vor 1940 mit der Methode des Eimers gemessenen Daten an die von Schiffen gesammelten Daten angepasst, um eine zusammenhängende historische Reihe zu erstellen.

Erdtemperatur: Veränderungen der Wetterstationen

Bei den Messungen am Boden kommen neben der Variabilität durch technologische Neuerungen noch weitere Faktoren wie die Positionierung der Stationen, der Zeitpunkt der Vermessung und die Umgebungsbedingungen hinzu.

Beispiel: Wenn wir eine meteorologische Station in einem Bergtal haben, anschließend eine zweite auf dem gleichen Breitengrad, jedoch an der Bergspitze positionieren, und wir den Durchschnitt der beiden Messungen erheben, so scheint es, als ob die Temperatur in der Gegend im Laufe der Zeit gesunken sei. Ebenso steigen die Temperaturen, wenn ein Industrie- oder Stadtgebiet in der Nähe einer Station gebaut wird. Aus diesem Grund müssen die Messungen anhand der Positionierung der Station gelesen und interpretiert werden. Nur so können Daten geliefert werden, die den realen klimatischen Bedingungen entsprechen.

Auch einfache Abnutzung, Veralterung von Stationen oder der Zeitpunkt der Messungen können Auswirkungen haben. Aus diesem Grund werden bei der Überprüfung der Messwerte meist Messungen verworfen, die stark von den Durchschnittswerten in der Region abweichen. Diese sind nämlich viel häufiger auf Fehlfunktionen oder menschliche Veränderungen als auf echte Klimaänderungen zurückzuführen. Sinnbildlich ist der Fall der Station El Azizia in Libyen, wo ein Messfehler eines italienischen Soldaten zur Erfassung der heißesten jemals auf der Erde gemessenen Temperatur (58 °C) geführt hat.Warum ist all das wichtig?

Wie ein Fehler von nur zwei Grad im Fall von El Azizia zur Fehlinterpretation einer ganzen historischen Datenreihe geführt hat, so kann sich ein auf den ersten Blick kleiner Unterschied mit der Zeit weiter projizieren. Die Interpretation komplexer Daten wie die globale Temperatur kann sich dadurch erheblich verändern.

Aus diesem Grund sind bei fast 200 Jahren Messungen, Dutzenden von Datenbanken und Hunderten verschiedener Methoden Korrekturen an Rohdaten absolut notwendig, um im Laufe der Zeit konsistente und zuverlässige Informationen zu erhalten.

Quellen:
- https://climate.nasa.gov/faq/21/why-does-the-temperature-record-shown-on-your-vital-signs-page-begin-at-1880/ 
- https://climate.nasa.gov/ask-nasa-climate/3071/the-raw-truth-on-global-temperature-records/  
- https://journals.ametsoc.org/view/journals/bams/94/2/bams-d-12-00093.1.xml 
- https://www.carbonbrief.org/explainer-how-data-adjustments-affect-global-temperature-records