In diesem Fall ist die alte Frage nach der Henne und dem Ei relativ einfach zu beantworten: Wolken bilden sich nur, wenn in der Atmosphäre Kondensationskeime vorhanden sind. Kleinste Aerosole sind also notwendig, damit aus dem verdunsteten Wasser wieder Wassertröpfchen werden können. Das können Meersalzpartikel, Wüsten- oder Mineralstaub sein, aber auch Sulfate, Staub oder Rußpartikel – kleinste Teilchen also, die erst durch die industrielle Revolution des Menschen massenhaft in die Atmosphäre gelangten.

Und das hat bis heute gravierende Auswirkungen auf die Erderwärmung: Einerseits lässt die Emission von Treibhausgasen die globale Durchschnittstemperatur steigen. Andererseits hat der Dreck aus Industrie und Verkehr indirekt auch einen Kühleffekt: Wolken reflektieren nämlich etwa 20 Prozent der einfallenden Sonnenstrahlung, weshalb sie auf der Tagseite der Erde für Abkühlung sorgen. Dieselruß, Feinstaub oder Saure-Regen-Sulfate aus den Kraftwerksschloten – mehr solcher Aerosole bewirken mehr Wolken und damit einen größeren Rückstrahl-Effekt, so die Formel. Ein Team um die Forscherin Trude Storelvmo von der Universität Yale hatte im März dieses Jahres im Magazin Nature Geoscience (Storelvmo et al., 2016) gewarnt: Je dünner der schmutzige Sonnenschirm aus schwefeligen Partikeln, desto wärmer wird es jeden Sommer über Europa, und damit auch in der Nordpol-Region (ZEIT ONLINE berichtete).

Auch der Weltklimarat IPCC war 2007 in seinem vierten Sachstandsbericht davon ausgegangen, dass die durch den Menschen verursachten Aerosolpartikel der Erderwärmung durch Treibhausgase entgegenwirken. Allerdings machten die Forscher klar, wie unsicher dieser Zusammenhang noch ist. Wolken würden "weiterhin die dominierende Unsicherheit im Strahlungsantrieb" darstellen, heißt es in der Veröffentlichung.

Wolkig war es schon ohne Luftverschmutzung

Jetzt ist ein Forscherteam nach fast zehnjähriger Arbeit zu einer wichtigen Erkenntnis gelangt: Die Aerosolpartikel, für die der Mensch mit seiner Industrie verantwortlich ist, müssen nicht zwingend zu mehr oder stabileren Wolken führen. Das Ergebnis des CLOUD-Experiments der Gruppe um den britischen Klimaforscher Jasper Kirkby ist: Natürlich vorhandene Kohlenwasserstoffe – "biogen" genannt – hatten in der vorindustriellen Zeit ein ähnlich großes Kondensationskeim-Potenzial wie später Dieselruß und Saurer Regen (Kirkby et al., 2016). Physiker nennen solche biogenen Partikel auch HOMs (Highly Oxygenated Molecules).

Was Pinien duften lässt, fördert die Wolkenbildung

Heraus bekamen die Wissenschaftler das, indem sie am Kernforschungszentrum Cern in der Schweiz die Zusammensetzung der Atmosphäre im 18. Jahrhundert – also vor der Industrialisierung – simulierten. Als typische HOMs-Teilchen dienten ihnen Pinene. Diese Kohlenwasserstoffe sind es, die Kiefernwälder nach Kiefer riechen lassen. Auch Ozon kam in der Test-Atmosphäre vor. Schließlich setzten die Forscher ihre Partikel einer ionisierenden Strahlung aus, die der kosmischen Strahlung in der Atmosphärenschicht entspricht, in der sich Wolken bilden.

Was dann geschah, war erstaunlich: Die natürlich vorkommenden Pinen-Kohlenwasserstoffe – Strukturformel C10H16 – reagierten mit dem Ozon. Es bildeten sich verschiedene Kohlenwasserstoffverbindungen, die Moleküle wuchsen, bis die Partikel schließlich mit etwa 50 Nanometern so groß waren , dass sich an ihnen Wassertropfen niederschlagen konnten. Entscheidend waren die Strahlung und die Anwesenheit von Ozon. Die Pinene eigneten sich also perfekt als Kondensationskeime: Immer mehr Wasserdampf kondensierte an ihnen zu Wolkentröpfchen.

Der Mensch – doch kein großer Wolkenmacher?

Um das in der Natur zu überprüfen, reisten die Wissenschaftler in die Schweizer Alpen, zur Forschungsstation auf dem 3.580 Meter hohen Jungfraujoch. Hier, wo Fabriken, Landwirtschaft und Straßenverkehr weit weg und damit auch industrielle Aerosole wie Sulfate, Staub oder Ruß selten sind, untersuchten sie ein Jahr lang die Bildung von Kondensationskeimen. Dank Teilchenzählern und Massenspektrometer konnten sie beweisen: Die natürlichen HOMs-Moleküle bilden tatsächlich Kondensationskeime (Science: Bianchi et al., 2016). Und weil vor der industriellen Revolution beispielsweise vor Pinenen strotzende Pinienwälder weit verbreitet waren, scheint nun der "Wolkeneffekt" durch die Folgen von Dampfmaschine und Co. überschätzt.

"Wie wir aus vorindustriellen Emissionsinventaren wissen, gab es damals sehr viele Pinene in der Atmosphäre", sagte einer der beteiligten Wissenschaftler im Gespräch mit ZEIT ONLINE – Joachim Curtius vom Institut für Atmosphäre und Umwelt an der Goethe-Universität Frankfurt. Und das bedeutet: Die Bedingungen zur Wolkenbildung waren vor der industriellen Revolution ähnlich zu den heutigen. Der Himmel war damals nicht weniger bewölkt.

In einer dritten Studie (Nature: Tröstl et all., 2016) konnten Forscher nachweisen, dass die aus der Natur stammenden, biogenen Kohlenwasserstoffe tatsächlich bis zum Kondensationskeim heranwachsen und damit Wolken bilden. Der Anteil, den diese natürlichen Teilchen an der Wolkenbildung haben, müsste also in bisherige Klimamodelle eingerechnet werden, was "50 Prozent Änderungen gegenüber bisherigen Modellen" ergeben könnte, wie die Forscher schreiben. Aber Vorsicht: Damit ist nicht gemeint, dass etwa die Hälfte von alledem, was Klimamodelle über die Erderwärmung aussagen, nicht mehr stimmt. Lediglich der Wolkeneffekt muss korrigiert werden und könnte um bis zu 50 Prozent von bisher veranschlagten Werten abweichen. Trotzdem: Für die Klimadiplomatie und ihr 1,5 – respektive Zwei-Grad-Ziel – könnte das neue Szenarien ergeben.