Svante August Arrhenius: Der Mann, der die globale Erwärmung berechnete

Er verbrachte ein Jahr seines Lebens damit, von Hand zu rechnen — zehntausende von Berechnungen, ohne Hilfe einer Maschine —, um eine Frage zu beantworten, die niemand richtig gestellt hatte: Was passiert mit der Temperatur der Erde, wenn man die Menge an Kohlendioxid in der Luft verändert? Die Antwort, zu der er 1896 gelangte, dass eine Verdoppelung den Planeten um etwa vier Grad Celsius erwärmen würde, liegt nahe genug an der modernen Schätzung, um unbehaglich zu sein. Er dachte auch, dies wäre eine ziemlich gute Sache.

Ein Rechengenie in Vik

Er wurde am 19. Februar 1859 in Vik bei Uppsala als Sohn von Svante Gustav Arrhenius, einem Landvermesser der Universität Uppsala, und Carolina Thunberg geboren. Mit drei Jahren brachte er sich selbst das Lesen bei. Als er seinem Vater bei der Buchführung zusah, entwickelte er sich zu einem Rechengenie — eine Fähigkeit, die später wichtiger sein würde, als irgendjemand geahnt hätte. Er kam mit acht Jahren direkt in die fünfte Klasse der örtlichen Kathedralschule und schloss sie 1876 als jüngster und begabtester Schüler ab.

Die Universität Uppsala enttäuschte ihn. Er mochte den Physikunterricht nicht und hatte keine Geduld für den Chemiker Per Teodor Cleve. 1881 ging er nach Stockholm, um am Physikalischen Institut der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften unter Erik Edlund zu arbeiten.

Die Dissertation, bei der sie beinahe durchfielen

1884 reichte er eine hundertfünfzigseitige Dissertation über die Leitfähigkeit von Elektrolyten ein, die sechsundfünfzig Einzelthesen enthielt. Ihre zentrale Behauptung war ketzerisch: Wenn sich ein Salz in Wasser auflöst, spaltet es sich von selbst in geladene Teilchen — Ionen —, die in der Lösung vorhanden sind, unabhängig davon, ob Strom fließt oder nicht. Faraday hatte behauptet, dass Elektrolyse Ionen erst erzeuge. Arrhenius sagte, sie seien bereits vorhanden.

Seine Prüfer, unter ihnen Cleve, waren wenig beeindruckt. Die Dissertation wurde mit einem Grad vierter Klasse bewertet, der nach der Verteidigung auf die dritte Klasse heraufgestuft wurde — eine Note, die in der Praxis die Tür zu einer akademischen Karriere verschloss. Die meisten der sechsundfünfzig Thesen werden heute, mit geringfügigen Änderungen, als korrekt angesehen.

Er verschickte Kopien ins Ausland. Rudolf Clausius, Wilhelm Ostwald und Jacobus Henricus van 't Hoff lasen sie und waren begeistert. Ostwald reiste persönlich nach Uppsala, um ihm eine Stelle in Riga anzubieten. Arrhenius lehnte ab — sein Vater war schwer krank und starb 1885 —, aber ein Reisestipendium brachte ihn dann auf den Weg; er arbeitete mit Ostwald in Riga und Leipzig, Friedrich Kohlrausch in Würzburg, Ludwig Boltzmann in Graz und van 't Hoff in Amsterdam. Es war eine so gute Ausbildung in der neuen physikalischen Chemie, wie sie nirgendwo sonst existierte, und er hatte sie aus Ablehnungen zusammengestellt.

Die Gleichung und der Preis

In Leipzig produzierte er 1889 in Zusammenarbeit mit Ostwald die Formel, die seinen Namen trägt. Die Arrhenius-Gleichung beschreibt, wie die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur und der Aktivierungsenergie abhängt — der Barriere, die Moleküle überwinden müssen, bevor sie überhaupt reagieren können. Sie ist eine der tragenden Beziehungen der chemischen Kinetik und wird täglich von der industriellen Prozessgestaltung bis zur Schätzung der Haltbarkeit eines Medikaments verwendet.

1891 wurde er Dozent am Stockholmer Hochschulcollege, 1895 gegen den Widerstand einiger Kollegen Professor für Physik und 1896 Rektor. 1903 erhielt er den Nobelpreis für Chemie für die Theorie der elektrolytischen Dissoziation — die Ionentheorie, die die Prüfer in Uppsala mit der vierten Klasse bewertet hatten. Er war Schwedens erster Nobelpreisträger.

Ein Jahr Arithmetik

Der Artikel von 1896, „Über den Einfluss der Kohlensäure in der Luft auf die Temperatur des Bodens“, ist derjenige, der ihn überdauerte. Arrhenius wollte wissen, ob Schwankungen des atmosphärischen Kohlendioxids die Eiszeiten erklären könnten. Er nahm Samuel Langleys Messungen der Mondlichtintensität, die zwischen 1885 und 1887 durchgeführt wurden, und nutzte sie, um abzuleiten, wie stark Wasserdampf und Kohlendioxid Wärme absorbieren. Dann arbeitete er mittlere Temperaturen und Feuchtigkeitswerte für die ganze Welt aus und berechnete, was bei 67, 150, 200, 250 und 300 Prozent des Kohlendioxidgehalts seiner Zeit passieren würde. Die Arbeit kostete ihn ein Jahr Handberechnung.

Sein Schluss war eine Faustregel, die noch immer zitiert wird: Wenn die Menge an Kohlensäure in geometrischer Progression zunimmt, wird die Temperatur fast in arithmetischer Progression steigen. Eine Verdoppelung des Kohlendioxids, so fand er heraus, würde die Erde um etwa 4 °C erwärmen; eine Vervierfachung um etwa 8 °C. Er baute auf Fourier, Pouillet und Tyndall auf, aber er war der Erste, der die physikalische Chemie für die Zahl einsetzte.

Der Artikel von 1896 selbst sagte wenig über das Verbrennen von Kohle aus. Das kam in seinem populären Buch Worlds in the Making (1908), wo er urteilte, menschliche Emissionen seien groß genug, um den Planeten zu erwärmen — und die Aussicht begrüßte. Er argumentierte, die Erwärmung würde die nächste Eiszeit abwenden und die Ernten im kalten Norden verbessern. Steigende Meeresspiegel tauchen in seiner Rechnung nicht auf.

Reich und seine Nutzungen

Ab 1901 saß er in der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften und für den Rest seines Lebens im Nobelkomitee für Physik und faktisch auch im Chemiekomitee. Er nutzte die Position: Er schob Verbündete zu Preisen und arbeitete daran, Rivalen zu blockieren. 1905 gründete er das Nobel-Institut für physikalische Forschung in Stockholm und leitete es bis zu seinem Ruhestand 1927.

Seine spätere Neugier streifte weit umher. Er wandte sich der physiologischen Chemie zu und zeigte, dass Reaktionen in lebendem Gewebe denselben Gesetzen gehorchen wie Reaktionen in einem Kolben; seine Vorlesungen in Kalifornien von 1904 über Toxine und Antitoxine wurden zu Immunochemistry (1907). Er schrieb über Eiszeiten und Astrophysik und brachte die Panspermie-Hypothese auf, dass Leben als Sporen zwischen Planeten treiben könnte. Weniger löblich saß er im Vorstand der Schwedischen Gesellschaft für Rassenhygiene, die 1909 gegründet wurde — eine Verbindung, die in jeden ehrlichen Bericht über ihn gehört.

Warum Svante als Genie bezeichnet wird

Der Fall ist nicht primär einer von roher Brillanz, sondern von Unabhängigkeit des Urteils, die gegen ein institutionelles Urteil aufrechterhalten wurde. Die Ionentheorie wurde von professionellen Chemikern mit der vierten Klasse markiert und stellte sich als richtig heraus; Ostwald, van 't Hoff und Clausius sahen sofort, was Uppsala nicht konnte, und das Nobelkomitee stimmte neunzehn Jahre später zu. Es ist eine seltene Sache, angesichts so vieler Expertenopposition mit fünfundzwanzig Jahren recht zu haben.

Die Arbeit am Klima zeigt eine andere Fähigkeit: Geduld von einer Art, die heute fast niemand mehr besitzt. Es gab keine konzeptionellen Tricks im Artikel von 1896 — der Treibhauseffekt war von Fourier beschrieben und von Tyndall gemessen worden. Was Arrhenius lieferte, war die Bereitschaft, ein Jahr Handberechnungen zu absolvieren, um einen qualitativen Effekt in eine Zahl umzuwandeln, und die Sensitivitätszahl, die er erhielt, liegt erstaunlich nah an dem, was Supercomputer heute produzieren.

Das Gegenargument ist substanziell. Seine Klimaschätzung war teilweise glücklich: Sie beruhte auf Langleys Mondlichtdaten und auf Vereinfachungen, die spätere Wissenschaftler ablehnten, und über Jahrzehnte verwarf der Konsens sein Ergebnis als zu grob, um ihm zu vertrauen. Seine Interpretation dessen, was Erwärmung bedeuten würde, war falsch — er hielt es für einen Vorteil. Und sein Verhalten im Nobelkomitee war fraktionell, seine Involvierung in Rassenhygiene diskreditierend. Er war ein beeindruckender Rechner und ein außergewöhnlich sturer Denker; das Wort Genie passt besser zu seiner Weigerung, ein schlechtes Urteil zu akzeptieren, als zu jedem einzelnen Geistesblitz.

Nachleben

Er starb am 2. Oktober 1927 in Uppsala an einer akuten Darmerkrankung. Die Ehrungen waren zuvor reichlich eingetroffen: die Davy-Medaille 1902, der erste Willard Gibbs Award 1911, die Faraday Lectureship 1914, die Franklin-Medaille 1920, ausländische Mitgliedschaft in der Royal Society 1910.

Krater auf dem Mond und dem Mars tragen seinen Namen, ebenso wie Arrheniusfjellet auf Spitzbergen und die Arrhenius-Labore an der Universität Stockholm. Und durch einen Zufall, der nicht unbemerkt blieb, wurde der Vater der Klimaaktivistin Greta Thunberg, Svante Thunberg, nach Arrhenius benannt, einem Cousin in der Familienlinie.