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Wie wolkig war es 1750?

Forscher des CLOUD-Projekts haben die Wolkenbildung in der vorindustriellen Zeit simuliert und erstaunliche Schlüsse gezogen. Die "Klimasensivität" der Erdatmosphäre ist geringer als bisher angenommen. Extreme Szenarien des Klimawandels sind unwahrscheinlicher, Entwarnung geben die Forscher trotzdem nicht.

Von Susanne Götze

Wer wissen möchte, welches Klima vor der industriellen Revolution und dem Beginn des Anthropozäns – des Menschenzeitalters – herrschte, hat heute leichtes Spiel. Anhand von Luftbläschen im tiefen Eis von Grönland, von Baumringen, Sedimenten oder Pollen können die Paläoklimatologen die Klimageschichte über viele Millionen Jahre zurückverfolgen. Doch selbst wenn die Forscher die ungefähre Niederschlagsmenge, Temperatur und Sonnenaktivität errechnet haben, wissen sie immer noch nicht, wie viele Wolken den Himmel bedeckten.

BildIndustrielle Emissionen sorgen unter anderem für Schwefeldioxidpartikel, aus denen in der Atmosphäre Kondensationskeime zur Wolkenbildung entstehen können. (Foto: Nick Reimer)

Das mag den Laien erstmal nicht weiter wurmen, denn was kümmert es uns, ob Marie Antoinette am 16. Oktober 1793 vor ihrer Hinrichtung noch einmal bittend in den strahlend blauem Himmel oder in eine dicke Wolkendecke blickte? Für Klimaforscher ist die Wolkenbildung in der vorindustriellen Zeit aber seit Jahren eines der zentralen Probleme beim Aufstellen von Klimamodellen.

Der britische Teilchenphysiker Jasper Kirkby hatte deshalb schon 1998 die schlaue Idee, die Wolken-Bildung unter vorindustriellen Bedingungen zu simulieren. "Wenn wir wissen, wie wolkig es vor dem großflächigen Eingriff des Menschen ins Ökosystem war, können wir viel genauer bestimmen, wie empfindlich das Klima auf Veränderungen reagiert", sagt Kirkby.

"Klimasensivität" – Grundfrage der Klimaforschung

Diese "Klimasensitivität" wiederum ist eine entscheidende Größe in den meisten Klimamodellen, mit deren Hilfe die Forscher errechnen, wie stark sich die globale Durchschnittstemperatur bei einem weiteren Anstieg der Treibhausgase bis 2050 oder bis Ende des Jahrhunderts noch erhöht. Der Weltklimarat IPCC hat eine ganze Bandbreite von Voraussagen zu Klimaszenarien gemacht – von beherrschbaren bis hin zu für Mensch und Ökosystem äußerst gefährlichen Entwicklungen.

Zugrunde liegen diesen Prognosen zwei unsichere Faktoren: Die Menge der Treibhausgase, die der Mensch in den nächsten Jahrzehnten noch in die Atmosphäre blasen wird, und die Frage, wie sensibel das Klima auf diese hohen CO2-Konzentrationen reagieren wird. "Derzeit bewegen sich bei einer Verdopplung des CO2-Ausstoßes die Schätzungen für 2100 zwischen 1,5 und 4,5 Grad", sagt Kirkby. "Diese Unschärfe haben wir bisher nicht geschafft auszuräumen – dazu fehlt uns wichtiges Wissen über die Wolken", so der Physiker.

Mit einem Team von über 100 Wissenschaftlern startete Kirkby 2009 das CLOUD-Projekt am Schweizer Kernforschungszentrum CERN. Nach fast sieben Jahren haben die Klimaforscher nun bahnbrechende Erkenntnisse präsentiert. Danach ist die Klimasensitivität weitaus geringer als bisher gedacht und extreme Szenarien von einer Erwärmung bis zu 4,5 Grad sind unwahrscheinlicher – gesetzt den Fall, die Menschheit pustet nicht noch mehr Treibhausgase als bisher angenommen in die Atmosphäre.

Aerosole als Schlüssel für die Klimawissenschaft

Herausgefunden haben das die Forscher, weil sie sich die Wirkung der Wolkenmacher – der Aerosole – auf das Klima genau anschauten. Aerosole sind Schwebeteilchen in Gasen, die organischer oder anorganischer Natur sein können. Für die Bildung der Wolken braucht es diese Partikel, um die sich kleine Tröpfchen bilden – und ohne die schützende Wolkendecke würde es bald kein Wasser und schließlich kein Leben mehr geben. Die Art und Menge der Aerosole in der Atmosphäre hat sich seit dem Beginn des industriellen Zeitalters "dank" Kohlekraftwerken und Verbrennungsmotoren stark verändert.

Durch das Simulieren der Atmosphäre um 1750 in der Wolkenkammer – einem Edelstahlzylinder von drei Metern Durchmesser – entdeckten die Forscher, dass sich die Wolkenbildung damals ähnlich intensiv vollzog wie heute – obwohl seit der Industrialisierung viel wirkungsvollere Aerosole emittiert werden wie beispielsweise Rauch, Asche und Staub.

Natürliche Aerosole funktionieren auch ohne Schwefeldioxid

"Bisher haben wir angenommen, dass der vorindustrielle Himmel sehr viel wolkenloser war als heute, da es viel weniger Aerosole gegeben haben muss, um die sich Tröpfchen bilden können", erläutert Teilchenphysiker Kirkby. "Nun haben wir entdeckt, dass biogene Aerosole wie Pollen oder Sporen viel stärker zur Wolkenbildung beitragen als bisher angenommen". Auch die Rolle von Schwefeldioxid, das beispielsweise durch die Verbrennung von Kohle frei wird, sei bisher völlig überschätzt worden. "Natürliche Aerosole, die um 1750 vor allem aus den großflächigen Kiefernwäldern aufstiegen, haben eine viel größere Kapazität zur Wolkenbildung und funktionieren auch ohne Schwefeldioxid hervorragend", so Kirkby.

Wenn sich die Wolkenbildung also nicht so stark vom vorindustriellen Niveau unterscheidet wie gedacht, so schlussfolgern die Forscher, dann ist das Klima robuster als bisher angenommen. Denn die Wolkendecke und damit die Aerosole schützen die Menschheit nicht nur vor hoher Sonneneinstrahlung, sondern reflektieren einen Teil des Lichtes wieder ins All – der sogenannte Albedo- oder Cooling-Effekt. Wenn die Wolkenbildung aber um 1750 ähnlich stark war wie heute, ist auch der bisher auf 30 Prozent geschätzte Cooling-Effekt viel geringer. Die bereits gemessene globale Erwärmung wird demnach nicht nochmals künstlich abgeschwächt.

BildWie Wolken entstehen und was sie bewirken, ist eines der zentralen Rätsel, das die Klimaforschung erst nach und nach löst. (Foto: Schulze von Glaßer)

Auch das Argument einiger Vertreter der fossilen Industrie, dass Schwefeldioxid und Ruß durch den Albedo-Effekt letztendlich die globale Erwärmung eindämmen oder sogar verhindern könnten, ist damit entkräftet. "Auch beim großflächigen Einsatz von Filtern oder gar einem Stopp von menschengemachten Abgasen müssen wir uns keine Sorgen um unsere Wolkendecke machen – die Natur schützt uns von sich aus viel besser, als wir dachten", meint Kirkby.

Als eine Entwarnung für die globale Klimaerwärmung wollen die Wissenschaftler des CLOUD-Projektes ihre Ergebnisse nicht verstanden wissen – weiterhin gelte: Je mehr Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen, desto höher steigen die Temperaturen. Zu verstehen, wie Aerosole um 1750 und heute wirken, sei ein Schlüssel dafür, um die Zukunft besser vorauszusagen. Jedoch nicht, um sie zu retten.

[Erklärung]  
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