Auf der Erde könnte es noch heißer werden als befürchtet

Von Markus Brauer

Die globale Durchschnittstemperatur verzeichnete im Jahr 2023 mit einem Anstieg auf fast 1,5 Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau einen neuen Höchstwert. Die Suche nach den Ursachen dieses sprunghaften Anstiegs hat Forscher vor ein Rätsel gestellt.

Wie lässt sich die Lücke in Klimaberechnungen erklären?

Betrachtet man die Wirkung menschengemachter Einflüsse wie die Ansammlung von Treibhausgasen in der Atmosphäre, vom Wetterphänomen El Niño sowie von Naturereignissen wie Vulkanausbrüchen, lässt sich zwar ein Großteil der Erwärmung nachvollziehen. Jedoch gibt es eine Lücke von etwa 0,2 Grad Celsius, die bisher nicht richtig erklärt werden konnte.

Ein Team um das Alfred-Wegener-Institut (AWI) in Bremerhaven hat im „Fachjournal Science“ detailliert beschrieben, was den unerwartet hohen Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur verursacht haben könnte: Das Rückstrahlvermögen der Erde nimmt ab, weil ihr bestimmte Wolken fehlen.

Recent global temperature surge intensified by record-low planetary albedo And by "temperature surge intensified" they estimate that more than 80% of the temperature increase is due to less sunlight reflected to space. pic.twitter.com/XBlExpsVsA — mongobeast (@mongobeast86945) December 26, 2024

Welche Rolle spielt die planetare Albedo im Klimahaushalt?

Die planetare Albedo spielt eine entscheidende Rolle im Wärmehaushalt der Erde. Diese Albedo (von lateinisch: albus, weiß) beschreibt das Reflexionsvermögen des Planeten Erde. Die Wirkung der Bewölkung und der Atmosphäre sidn dabei miteingeschlossen. Der Begriff Albedo beschreibt demnach den Anteil der Sonneneinstrahlung, der nach jeglicher Wechselwirkung mit der Atmosphäre und Erdoberfläche ins Weltall zurück reflektiert wird.

Die Daten legen nun nahe, dass die planetare Albedo 2023 so niedrig wie nie seit mindestens dem Jahr 1940 gewesen sein könnte. Das befeuert die globale Erwärmung und kann die bisher fehlenden 0,2 Grad Celsius erklären, vermuten die AWI-Forscher.

Reflexionsvermögen der Erde nimmt spürbar ab

Die Albedo der Erdoberfläche nimmt seit den 1970er Jahren tendenziell ab. Zunächst auch dadurch, dass Schnee und Meereis in der Arktis immer weniger geworden sind und damit auch weiße Flächen, die Sonnenstrahlen reflektieren können. Seit 2016 kommt der Rückgang des Meereises in der Antarktis hinzu.

„Die Analyse der Datensätze zeigt jedoch, dass der Rückgang der Oberflächenalbedo in den Polarregionen nur etwa 15 Prozent zum jüngsten Rückgang der planetaren Albedo beigetragen hat“, erklärt Helge Gößling, Hauptautor der Studie.

Auch andernorts habe das Reflexionsvermögen spürbar abgenommen. Die Forscher haben mit einem Energiebilanzmodell berechnet, dass ohne die verringerte Reflexion 2023 im Mittel etwa 0,23 Grad Celsius kühler ausgefallen wäre.

Welchen Einfluss hat der Rückgang der Wolken?

Eine Entwicklung hat den Rückgang des planetaren Reflexionsvermögens offenbar maßgeblich beeinflusst: der Rückgang von niedrigen Wolken in nördlichen mittleren Breiten und in den Tropen.

Dass hauptsächlich niedrige und nicht etwa höhere Wolken hinter dem Albedo-Rückgang stecken, ist folgenreich. Wolken in allen Höhen reflektieren Sonnenlicht und haben so eine kühlende Wirkung. Wolken in hohen, kalten Luftschichten haben jedoch zusätzlich auch eine wärmende Wirkung, weil sie die Wärme, welche die Erdoberfläche abstrahlt, in der Atmosphäre halten.

„Das entspricht im Grunde der Wirkung von Treibhausgasen“, erläutert Helge Gößling. Diese Wirkung fehle jedoch weitestgehend bei niedrigeren Wolken. „Gibt es weniger niedrigere Wolken, verlieren wir nur den Kühleffekt, es wird also wärmer.“

Lässt die Erderwärmung die Wolken verschwinden?

Was aber hat den Rückgang der niedrigen Wolken verursacht? Weniger menschenverursachte Aerosole in der Atmosphäre, insbesondere durch strengere Auflagen beim Schiffsdiesel, dürften dazu zu einem gesissen Teil beigetragen haben.

Als Kondensationskeime sind Aerosole maßgeblich an der Wolkenbildung beteiligt. Zusätzlich reflektieren sie auch selbst das Sonnenlicht. Außerdem könnten natürliche Schwankungen und Ozean-Wechselwirkungen eine Rolle spielen.

Helge Gößling hält es jedoch für unwahrscheinlich, dass diese Faktoren als Erklärung ausreichen und bringt einen dritten Mechanismus ins Spiel: Es ist die Erderwärmung selbst, welche die niedrigen Wolken verschwinden lässt.

„Wir müssen mit einer recht starken zukünftigen Erwärmung rechnen“

„Sofern hinter dem Albedo-Rückgang eine verstärkende Rückkopplung zwischen Erderwärmung und Wolken steckt, wie auch einige Klimamodelle nahelegen, müssen wir mit einer recht starken zukünftigen Erwärmung rechnen“, betont Gößling.

„Wir könnten einer globalen Klimaerwärmung von über 1,5 Grad Celsius bereits näher sein als bislang gedacht“, warnt der Klimaforscher. Die verbleibenden Treibhausgasemissionen, die mit diesen Haltelinien des Paris-Abkommens verbunden sind, müssten entsprechend nach unten korrigiert werden, und Maßnahmen gegen die Folgen zu erwartender Wetterextreme würden noch dringlicher.

Was ist der galoppierende Treibhaus-Effekt?

Die Wechselwirkung von Temperatur und Wasserdampf wird als sogenannter Runaway-Treibhaus-Effekt oder galoppierender Treibhaus-Effekt (englisch: Runaway greenhouse effect) bezeichnet. Gemeint ist damit ein nicht aufzuhaltender und sich selbst verstärkender Treibhauseffekt, der schließlich zur Verdampfung von allem flüssigen Wasser eines Planeten führt. Der Effekt hat mit dem Klima auf der Venus ein bekanntes Beispiel.

Der Runaway-Treibhaus-Effekt funktioniert nach folgendem Prinzip: Erhöhen sich die Temperaturen auf einem Planeten, verdunstet mehr Wasser. Der Wasserdampf in der Atmosphäre verhindert, dass Sonnenenergie in Form von Wärmestrahlung in den Weltraum zurückgestrahlt wird. Der Dampfschleier hält die Wärme wie bei einer Dunstglocke zurück.

Inwiefern sendet die Venus Warnsignale an die Erde?

Die Forscher Guillaume Chaverot, Emeline Bolmont und Martin Turbet von der Université de Genève haben diesen Runaway-Treibhaus-Effekt in einem Szenario für die Erde durchgespielt. Ihre Studie ist im Fachjournal „Astronomy & Astrophysics“ erschienen.

It takes nothing to switch from habitable to HELL‼️ The Earth is a wonderful blue and green dot covered with oceans and life, while Venus is a yellowish sterile sphere that is not only inhospitable but also sterile. However, the difference between the two is only a few degrees… pic.twitter.com/03QlsMdrdj — David Ullrich (@DavidUllrich202) December 26, 2023

Zwar ist der blaue Planet weiter von der Sonne entfernt als die Venus, so dass die fatalen Auswirkungen der Sonnenstrahlen weniger gravierend sind. Auf der Venus herrschen Maximaltemperaturen von fast 500 Grad.

Doch der Studie zufolge würde schon ein Anstieg der globalen terrestrischen Temperatur von wenigen Grad ausreichen, um einen solchen nicht mehr unumkehrbaren Prozess in Gang zu setzen. In einem solchen Szenario würde sich die Erde von einem gemäßigten Zustand auf über 1000 Grad Celsius erhitzen und damit absolut lebensfeindlich werden.

Die Wissenschaftler verzichten auf eine exakte Temperaturangabe. Sie gehen hypothetisch von einer Steigerung im niedrigen zweistelligen Bereich auf, die zu einer Welt von 1000 Grad Hitze und mehr führen könnte.

Welche Folge hätte eine Kaskade von Kippelementen?

So sehr sich dieses Szenario auch nach Science Fiction anhören mag, macht es doch auf eine brisante Entwicklung aufmerksam: Schon ein geringer Anstieg der Treibhausgase durch die globale Erwärmung kann eine Kaskade von Kippelementen im Klimasystem der Erde auslösen, die weitere Erwärmungsprozesse nach sich ziehen. Dies könnte zu einem Warmzeitalter führen, das die Erde buchstäblich in ein Treibhaus verwandelt.

Doch bereits die klimatische Entwicklung zuvor wäre für Menschen und viele andere Lebewesen und Pflanzen brandgefährlich. Steigt nämlich die globale Temperatur schon um drei Grad an, könnte bis zu einem Drittel der Erde für die Menschheit nicht mehr oder nur noch unter enormem technischen Aufwand bewohnbar bleiben. Auch bestimmte Kipppunkte wären dann viel schneller erreicht.

„Es gibt eine kritische Schwelle für diese Menge an Wasserdampf, jenseits derer der Planet nicht mehr abkühlen kann. Von dort aus läuft alles aus dem Ruder, bis die Ozeane vollständig verdampfen und die Temperatur mehrere Hundert Grad erreicht“, unterstreicht Guillaume Chaverot.

Welchen Einfluss üben Wolken auf das Klima aus?

Wie dieser Transformationsprozess konkret ablaufen könnte, beschreiben die Autoren wie folgt: Zuerst bildet sich eine dichte Wolkendecke in der oberen Atmosphäre, wodurch deren Struktur nachhaltig verändert wird. „Die für die Erdatmosphäre typische Temperaturinversion, die die beiden Hauptschichten der Atmosphäre – die Troposphäre und die Stratosphäre – voneinander trennt, ist nicht mehr vorhanden“, schreiben die Autoren.

Innerhalb weniger Hundert Jahre würde auf der Erdoberfläche eine Temperatur von über 500 Grad Celsius herrschen. „Später würden wir sogar bis zu 273 Bar Druck und über 1500 Grad Celsius erreichen, wenn schließlich die gesamten Ozeane verdampft sind“, erläutert Chaverot. Derzeit beträgt der Luftdruck auf Meereshöhe 1,013 25 bar.

Den Forschern zufolge könnten die neuen Erkenntnisse vor allem für die Erforschung des Klimas auf anderen Planeten von großer Bedeutung sein. „Durch die Untersuchung des Klimas auf anderen Planeten“, sagt Emeline Bolmont, „wollen wir vor allem herausfinden, ob sie Leben beherbergen können.“