Klimwandel

Was heizt die Erde auf?

Die Computermodelle der Klimaforscher haben Schwächen. Die Schuld des Menschen an der globalen Erwärmung aber konnten die Rechner inzwischen beweisen.

Wer durch den Bericht blättert, den Hunderte Wissenschaftler für das UN-Klimagremium IPCC in fünfjähriger Arbeit erstellt haben, erlebt manche Irritation. Die dargestellten Widersprüche und Wissenslücken zerschlagen schnell die Hoffnung des Lesers auf eindeutige Erkenntnisse der Wissenschaft über das Klima. Am Ende jedoch ist er beeindruckt davon, was und wie viel Forscher in den vergangenen Jahren über das Treibhaus Erde herausgefunden haben. Und immerhin eine unumstößliche Erkenntnis gibt es: Kohlendioxid (CO ₂ ) hält wärmende Sonnenstrahlung in der Atmosphäre zurück. Seit 150 Jahren pusten Autos, Kraftwerke, Heizungen und Fabriken CO ₂ in die Luft. Dadurch erhöhte sich der Anteil des Gases in der Atmosphäre um mehr als ein Drittel. Die Temperatur der bodennahen Luft stieg gleichzeitig im weltweiten Durchschnitt um 0,8 Grad.

Wahrscheinlich habe vor allem CO ₂ zur Erwärmung beigetragen, sagt der IPCC-Bericht. Daneben scheinen aber auch natürliche Kräfte wie Schwankungen der Sonnenaktivität oder die Veränderung der Bewölkung die Erde aufgeheizt zu haben. Die Sonne könnte gar die Hälfte der Erwärmung im vergangenen Jahrhundert verursacht haben, meinen manche Forscher (Geophysical Research Letters, Band 33, L05708, 2006). Andere Experten kontern, die Sonne habe kaum Einfluss gehabt (Atmospheric Chemistry and Physics, Band 6, Seite 4905, 2006).

Wie stark die Zunahme an CO ₂ der Erde einheizt, ist ebenfalls noch immer umstritten. Die Wirkung des Gases – seine sogenannte Klimasensitivität – wurde mit unterschiedlichen Methoden getestet. Ergebnis: Die Luft erwärmt sich um 1,5 bis 4,5 Grad, wenn sich die CO ₂ -Menge verdoppelt. Genauer ließ sich der Wert bislang nicht festlegen. Die lautesten Warnungen beruhen vor allem auf der Annahme, dass nach der CO ₂ -Zunahme ein weiteres Treibhausgas die Erwärmung verstärkt: Wasserdampf. Die Vermutung liegt nahe, denn wärmere Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen.

Die industrielle Luftverschmutzung bremst die Erwärmung der Erde

Doch in der Praxis spielt der Wasserdampf womöglich eine andere Rolle als in der Theorie, denn der Wassergehalt der Luft hat sich in den vergangenen Jahrzehnten nicht verändert. Die Niederschlagsmenge blieb von 1979 bis 2004 im weltweiten Durchschnitt quasi konstant, berichtete unlängst eine Gruppe um Thomas Smith vom Nationalen Klimadatenzentrum der USA und löste große Verblüffung aus (Geophysical Research Letters, Band 33, L06705, 2006). Offenbar verdunstet also nicht mehr Wasser, das den Treibhauseffekt verstärken würde. Tatsächlich hinkt die gemessene Erwärmung bislang hinter der Klimasensitivität her – selbst wenn berücksichtigt wird, dass die Ozeane ihre Wärme erst mit Verzögerung freisetzen. Wird die Wirkung von CO ₂ also überschätzt?

Nein, sagt der IPCC-Bericht und liefert eine Erklärung für die gebremste Erwärmung: Dem Report zufolge wurde der Erde quasi eine »Sonnenbrille« aufgesetzt, die für Kühlung sorgt. Winzige Partikel aus Industrie-, Heizungs- und Autoabgasen, aus Ozeanen, Vulkanen und dem Erdboden – sogenannte Aerosole – schweben in der Luft und blockieren das Sonnenlicht. Sauberere Luft könnte die Erderwärmung beschleunigen, warnt etwa Reto Knutti vom Zentrum für Atmosphärenforschung in Boulder, USA.

Allerdings machen die Klimaforscher keinen Hehl daraus, dass sie kaum verstanden haben, wie sich Aerosole aufs Klima auswirken; monatlich überraschen sie mit neuen Erkenntnissen. Rußteilchen etwa heizen die Luft auf, stärker noch als CO ₂ . Manches spricht jedoch dafür, dass der Kühleffekt der Aerosole überwiegt. Denn viele Aerosole fungieren als Kondensationskeime für Regentropfen und somit als Saatgut für Wolken. Schweben etwa Sulfatpartikel umher, verteilt sich Kondenswasser auf mehr Teilchen als in klarer Luft. Folglich bilden sich kleinere Tropfen, die Wolken erscheinen weißer. Weiße Wolken reflektieren Sonnenstrahlung ins All – die Erde kühlt ab.

Die Wolken bilden einen entscheidenden Schwachpunkt der Klimamodelle. Es scheint, als gäben sie ihre Geheimnisse nicht preis. Unklar ist etwa, in welcher Höhe sie sich künftig hauptsächlich bilden werden. Während tief stehende Wolken wie ein Sonnenschirm wirken und die Erde kühlen, halten hohe wie ein Deckel die Wärme auf der Erde zurück.

Nicht nur wegen ihres unvorhersehbaren Verhaltens erschweren Wolken die Klimaprognosen. Sie lassen sich nicht mit den Computermodellen erfassen, anhand deren das Klima der Zukunft berechnet wird. Sie sind schlicht zu klein, um wirklichkeitsgetreu simuliert zu werden. Für die Klimarechnungen wird die Erdatmosphäre in ein Raster mit einer horizontalen Maschenweite von 200 Kilometern und in 50-Meter- bis 2-Kilometer-Abschnitte in der Vertikalen zerlegt. An den Knoten der Gitterpunkte ermittelt der Rechner zehn Wettergrößen. Dazu gehören Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Windstärke für Zeitintervalle von etwa einer Viertelstunde. Insgesamt ergeben sich eine Million Rechenpunkte. Die Wolken fallen durch das Raster – ihre Wirkung geht als vage Schätzung in die Rechnungen ein.

Dennoch spricht manches dafür, dass die Modelle realistische Prognosen liefern. Sie reproduzieren jahreszeitliche Klimaschwankungen, etwa den Jahresgang von Monsun- und Passatzonen oder die periodische Verschiebung mancher Meeresströme. Auch die örtlich unterschiedlich starke Erwärmung der vergangenen Jahrzehnte wird von den Modellen recht gut wiedergegeben – Klimamodellierer erkennen darin den »Fingerabdruck« des Menschen. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Muster der Erwärmung auf vom Menschen verursachte Treibhausgase zurückgehe, betrage 95 Prozent, sagen sie.

Baumringe geben über das Klima vergangener Jahrhunderte Auskunft

Klimaänderungen für einzelne Regionen können Computerprogramme nur ungenau berechnen. Selbst sogenannte Regionalmodelle mit engeren Atmosphären-Maschen scheitern daran. Ein erheblicher Makel, denn aus den Szenarien einer weltweiten Erwärmung lässt sich kaum ableiten, wie sich die Umwelt bestimmter Länder verändern wird. Einzig der erwartete Anstieg des Meeresspiegels kann auf einzelne Regionen übertragen werden.

Doch viele bedeutende Vorgänge in der Natur sind unverstanden. Die Ergebnisse der Forscher kranken am kurzen Untersuchungszeitraum. Um festzustellen, ob sich Meeresströme ändern oder die Eiskappen Grönlands und der Antarktis wachsen oder schrumpfen, müssten die Regionen jahrzehntelang beobachtet werden. Sonst drohen kurzfristige Zyklen einen Trend vorzugaukeln.

Unklar ist zudem, wie Böden und Pflanzen auf eine Erwärmung reagieren. Sie könnten den Klimatrend erheblich verstärken oder mildern, indem sie etwa vermehrt Treibhausgase freisetzen oder aufnehmen. Die Frage ist umso schwerer zu beantworten, als auch die Aktivität des Menschen die Landschaft verwandelt. Veränderungen der Landnutzung hätten 0,3 Grad zur Erwärmung des vergangenen Jahrhunderts beigetragen, glauben manche Forscher.

Die IPCC-Autoren geben sich überzeugt, den Menschen als Hauptverantwortlichen überführt zu haben. Als entscheidenden Beweis (»detection argument«) präsentieren sie die Temperaturschwankungen der vergangenen Jahrhunderte: Im Vergleich mit dem mittelalterlichen Klima wirkt die aktuelle Erwärmung äußerst ungewöhnlich. Wenigstens in den vergangenen vier Jahrhunderten hat es offenbar keinen ähnlich raschen Temperaturanstieg gegeben.

Die Beweislage ist indes nicht allzu komfortabel: Informationen über das Klima der Vergangenheit können nirgendwo direkt abgelesen werden. Klimaforscher leiten sie vor allem aus den Wachstumsringen von Bäumen ab. Allerdings betonen ausgerechnet einige der profiliertesten Baumringexperten, dass die Methode erhebliche Unsicherheiten berge.

Die Belege für einen menschengemachten Klimawandel seien dennoch besser denn je, resümiert der IPCC-Bericht. Das Selbstvertrauen gründet nicht zuletzt auf der Schwäche alternativer Theorien. Die gegenteilige These – der Mensch bewirke keine entscheidende Erwärmung – lässt sich wissenschaftlich deutlich schlechter untermauern.

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