Die Forschungsgeschichte des Klimawandels beschreibt die Entdeckung und Untersuchung von Klimawandel-Ereignissen im Rahmen geologischer und historischer Zeiträume, einschließlich der seit dem 20. Jahrhundert stattfindenden globalen Erwärmung.
Die systematische Erforschung von natürlichen Klimawechseln begann in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts mit der allmählichen Rekonstruktion der Eiszeit-Zyklen und anderen klimatisch bedingten Umweltveränderungen im Rahmen der Paläoklimatologie und der Quartärforschung. Bereits Ende des 19. Jahrhunderts wurden menschliche Einflüsse auf das Erdklimasystem über Treibhausgase vermutet, entsprechende Berechnungen wurden aber bis in die 1960er Jahre hinein stark angezweifelt. Detaillierte Darstellungen zur Forschungsgeschichte des Klimawandels, insbesondere zu der im Laufe des 20. Jahrhunderts feststellbaren anthropogenen Klimaveränderung, finden sich beispielsweise im 1. Kapitel des Vierten Sachstandsberichts des IPCCIntergovernmental Panel on Climate Change: IPCC Fourth Assessment Report – Working Group I Report on “The Physical Science Basis” (2007) mit Zusammenfassung für Entscheidungsträger (PDF; 2,7 MB) und Kapitel 1 „Historical Overview of Climate Change Science“ (PDF; 5,4 MB) und ausführlicher bei dem US-amerikanischen Physiker und Wissenschaftshistoriker Spencer R. Weart.Spencer Weart: The Discovery of Global Warming. Center of History am American Institute of Physics, 2011. Siehe Eine auf der Arbeit von Spencer Weart basierende deutschsprachige Ausarbeitung findet sich auf der Homepage von Skeptical Science.
Während der Treibhauseffekt bereits im Jahr 1824 entdeckt wurde, konnte die klimaerwärmende Wirkung der stetig ansteigenden Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre aufgrund verbesserter Messmethoden und einer breiteren Datenbasis erst gegen Ende der 1950er Jahre quantifiziert werden. Zwar stellten einige Wissenschaftler fest, dass die vom Menschen verursachte Luftverschmutzung das Klima auch abkühlen könne, es wurde von der Klimaforschung aber ab Mitte der 1970er Jahre zunehmend die Annahme einer Erwärmung favorisiert. In den 1990er Jahren bildete sich durch weiterentwickelte Computermodelle und ein tieferes Verständnis der Kaltzeiten folgender Konsens heraus: Treibhausgase spielen beim Klimawandel eine große Rolle, und durch den Menschen verursachte Emissionen sind für die laufende globale Erwärmung hauptverantwortlich.
mini|450px|Zweihundert Jahre Forschungsgeschichte des Klimawandels
Die Entdeckung der Grundlagen Die ersten Eiszeittheorien Als einer der frühesten Pioniere des Vorzeitgedankens vermutete der englische Universalgelehrte Robert Hooke bereits gegen Ende des 17. Jahrhunderts anhand von Versteinerungen aus dem Jura (wie Ammoniten und Meeresschildkröten), dass das südenglische Klima in der erdgeschichtlichen Frühzeit erheblich wärmer gewesen sein musste.Keith Montgomeryː Book Review and Essay: The Geology and Physical Geography of Robert Hooke (1635–1703) (PDF). University of Wisconsin. (abgerufen am 10. Februar 2015) Darauf aufbauend schlug er vor, die Klimata urweltlicher Habitate mit Hilfe von Fossilien zu bestimmen. Gegen den damals weit verbreiteten Glauben an den biblischen Schöpfungsmythos konnte sich die Annahme einer urweltlichen Epoche, die erheblich größere Zeiträume als die historisch belegte Menschheitsgeschichte umfasste, jedoch erst ein Jahrhundert später durchsetzen. Im Zuge der Aufklärung und mit der Entwicklung der Geologie zur modernen Wissenschaft ab 1750 gewann der Vorzeitgedanke allmählich an Boden. Gleichwohl waren viele Wissenschaftler in ihrem Denken noch von religiösen Vorstellungen beeinflusst, wie der Basaltstreit zeigte.Einordnung des Basaltstreits - auf der Internetseite der Humboldtgesellschaft Einen ersten Beitrag zur Etablierung der Eiszeittheorie leistete im Jahr 1742 der Ingenieur und Geograph Pierre Martel. Nach seiner Ansicht waren die Gletscher von Chamonix einst viel ausgedehnter, was auf ein kälteres Klima in der Vergangenheit hindeutete. Eine ähnliche Meinung vertrat sein Schweizer Landsmann Gottlieb Sigmund Gruner, der 1778 in seinem Buch Reisen durch die merkwürdigsten Gegenden Helvetiens das Geröllkonglomerat alter Endmoränen mit früheren Gletscherständen in Verbindung brachte. Mit diesen Erkenntnissen waren Martel und Gruner ihrer Zeit jedoch um Jahrzehnte voraus. Die Möglichkeit weiträumiger Vergletscherungen infolge eines eiszeitlich geprägten Klimas war Ende des 18. Jahrhunderts eine zu revolutionäre Idee, um von der Wissenschaft akzeptiert zu werden.
mini|280px|Vom Fennoskandischen Eisschild abgelagerter Erratischer Block auf der Insel Rügen. Zwischen 1780 und 1830 wurde eine zum Teil religiös motivierte Grundsatzdebatte zwischen Neptunisten und Plutonisten geführt (Basaltstreit).Helge Martens: Goethe und der Basaltstreit: C. Die Neptunisten. 11. Sitzung der Humboldt-Gesellschaft am 13. Juni 1995. Ein zentrales Thema der Neptunisten war die Sintflut, die vielfach bis in die 1. Hälfte des 19. Jahrhunderts hinein als reales geologisches Ereignis oder als Synonym für mehrere globale Überschwemmungskatastrophen betrachtet wurde. Die Kontroverse zwischen Neptunisten und Plutonisten wurde auch beim Disput über Herkunft und „Wanderung“ der erratischen Blöcke (Findlinge) offenkundig, die von Eiszeitgletschern in der Alpenregion, in der norddeutschen Tiefebene und in Skandinavien abgelagert worden waren und die charakteristisch für glazial geformte Landschaften sind. Das Rätsel der weiträumig verstreuten Findlinge wurde ab 1760 zunehmend intensiver diskutiert, wobei neben der favorisierten Drifttheorie vor allem Wasser-, Schlamm- und Geröllfluten sowie vulkanische Eruptionen als Erklärungen für den Transport der erratischen Blöcke herangezogen wurden. Von einem tieferen Verständnis der Gletscherdynamik und Glazialmorphologie war man zu dieser Zeit noch weit entfernt, und erst die Arbeiten und Untersuchungen von Louis Agassiz, Johann von Charpentier, Karl Friedrich Schimper und Ignaz Venetz zeichneten ab 1830 ein zunehmend differenziertes Bild des Eiszeitklimas und der damit verbundenen Prozesse.
Jedoch konnte man in dieser frühen Phase der Forschung die postulierten Klimaänderungen weder zeitlich eingrenzen noch ansatzweise datieren, und ebenso wenig herrschte Klarheit über die möglichen Ursachen.
Die Sonne als Ursache für Klimaveränderungen? Im Jahr 1801 entdeckte der Astronom Wilhelm Herschel, dass zwischen 1650 und 1800, einem Zeitraum, der später als Kleine Eiszeit bekannt wurde, eine geringe Zahl der Sonnenflecken mit schlechter Weizenernte und, so seine Folgerung, ungewöhnlich niedrigen Temperaturen einherzugehen schien.Herschel, William (1801). „Observations Tending to Investigate the Nature of the Sun,in Order to Find the Causes or Symptoms of Its Variable Emission of Light and Heat; With Remarks on the Use That May Possibly Be Drawn from Solar Observations“ Philosophical Transactions of the Royal Society of London 91: 265–318, . Der von ihm postulierte Zusammenhang von zyklischen Veränderungen der Sonnenaktivität und natürlichen Klimaschwankungen war jedoch damals bereits umstritten und wurde in der Folge bis zum Ende des 20. Jahrhunderts in der Wissenschaft immer wieder diskutiert.Jack A. Eddy: The Case of the Missing Sunspots. In: Bulletin of the American Astronomical Society. 7, 1975, S. 365.Billy M. McCormac, Thomas A. Seliga: Symposium/Workshop Conclusions. In: dieselben (Hrsg.): Solar-Terrestrial Influences on Weather and Climate. 1979, S. 1–24.
Die Quartäre Eiszeit im Fokus der Forschung mini|hochkant=2.5|Meilensteine der Forschung zur Wissenschaft des Klimawandels zwischen 1820 und 1930 Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts hatten die inzwischen zahlreicher gewordenen Befürworter der Eiszeittheorie so viele Belege und „Klimazeugen“ für die Existenz einer früheren Kaltzeit gesammelt, dass es allmählich schwieriger wurde, die vorgebrachten Argumente zu ignorieren. Im Zuge der geologischen Erkundung Nordamerikas wurde darüber hinaus deutlich, dass die in Europa festgestellte Kältephase kein regionales Phänomen war, sondern offenbar die gesamte nördliche Hemisphäre erfasst hatte. Eine weitere Bestätigung erhielt das Eiszeitmodell durch die Entdeckung sehr alter Vergletscherungsspuren in Afrika, Australien und Indien, die nach heutigem Kenntnisstand der Permokarbonen Vereisung vor etwa 300 Millionen Jahren zugeordnet werden.Jürgen Ehlers: Das Eiszeitalter, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2011, ISBN 978-3-8274-2326-9, S. 16.
Als einer der unermüdlichsten Exponenten warb der Schweizer Naturforscher Louis Agassiz (1807–1873) für die wissenschaftliche Akzeptanz des Eiszeitgedankens. Auf zahlreichen Reisen, verbunden mit Vorträgen vor akademischem Publikum, sowie durch die Veröffentlichung mehrerer Bücher trug er entscheidend zur Popularisierung seiner Ideen bei. Dennoch war um 1850 ein wissenschaftlicher Konsens zu diesem Thema noch nicht in Sicht. Dieser verzögerte sich hauptsächlich aus folgenden Gründen:
Ein „Weltwinter“, wie er von Forschern wie Karl Friedrich Schimper postuliert wurde, bedeutete für die Mehrzahl der zeitgenössischen Geowissenschaftler einen Rückfall in den von Georges de Cuvier begründeten Katastrophismus und der damit verknüpften Kataklysmentheorie. Diese Anschauung galt inzwischen als veraltet und widerlegt und war durch das „moderne“ aktualistische Konzept des englischen Geologen Charles Lyell ersetzt worden. Gleichzeitig mit den geologischen Befunden einer Glazialperiode fanden sich in entsprechenden stratigraphischen Schichten auch deutliche Hinweise auf frühere Warmzeiten. Diese scheinbare Unvereinbarkeit wurde mit den Fortschritten von Chronostratigraphie und Geochronologie gegenstandslos, vor allem durch die Entdeckung, dass die Quartäre Eiszeit mehrmals von Interglazialen wie der Eem-Warmzeit unterbrochen worden war. Die Vorstellungen über die mögliche Ausdehnung und das Fließverhalten von Gletschern orientierten sich über Jahrzehnte am Beispiel der Alpengletscher. Aus dieser lokalen Perspektive globale Schlüsse ziehend, lehnten die damaligen Geowissenschaftler ein Größenwachstum von Eisfeldern, die halbe Kontinente bedeckten, nahezu einhellig ab. Diese Lehrmeinung änderte sich gravierend mit der beginnenden Erforschung und Vermessung des Grönländischen Eisschilds in der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts.
Abgesehen von wenigen Ausnahmen wurde die Eiszeittheorie spätestens um 1880 allgemein akzeptiert und entwickelte sich in Form der Quartärforschung zu einer wichtigen Stütze der Geowissenschaften. Allerdings fehlte lange Zeit ein fundiertes theoretisches Modell, das die Ursachen der verschiedenen Warm- und Kaltzeiten in der Erdgeschichte physikalisch korrekt beschreiben konnte. Dessen ungeachtet entstanden die Grundlagen der heutigen Klimatologie zum Teil parallel zur Eiszeittheorie und reichen in ihren Anfängen weit in das 19. Jahrhundert zurück.
Temperatur, Wärme und Wärmestrahlung Die verbreitete Verwendung von Thermometern, auch in Gewächshäusern, begann in der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts (Temperaturskalen nach Fahrenheit, Réaumur und Celsius 1724, 1730 bzw. 1742). Horace-Bénédict de Saussure maß 1767 die Intensität der Sonnenstrahlung in Tälern und in der Höhe als Temperatur in übereinander gestülpten Glaskästen. In einer verbesserten Version, einer ersten „Solarkochkiste“, erreichte er Temperaturen von über 100 °C.