"Erklärungslücke" stellt Klimaforscher aktuell vor ein grosses Rätsel

2023 kratzte die globale Erwärmung erstmals an der 1,5-Grad-Grenze. Ein Teil dieses Anstiegs blieb rätselhaft. Jetzt zeigt eine Studie, dass ein wenig beachteter Effekt das Rätsel lösen könnte. Er würde gleichzeitig bedeuten, dass Kohlendioxid die Erde noch stärker aufheizt als gedacht.

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Für viele Menschen war der Klimawandel im Jahr 2023 besonders präsent, durch Hitzewellen, Dürren und Überflutungen. 2023 war auch das Jahr, in dem die Erde erstmalig 1,5 Grad wärmer war als vor der Industrialisierung. Die Fachwelt war überrascht und konnte gut 0,2 Grad dieses Anstiegs bislang nicht erklären.

Allgemein ging man davon aus, dass es noch einige Jahre dauern würde, bis die globale Durchschnittstemperatur regelmässig oberhalb der kritischen Erwärmung um 1,5 Grad liegen würde. Jetzt zeigt eine Studie im Wissenschaftsjournal "Science", was hinter den rätselhaften 0,2 Grad des Jahres 2023 stecken könnte – und dass die Erderwärmung schneller zunehmen könnte als bislang angenommen.

Weder El Niño noch Vulkane erklären die Rekordwärme

"Neben dem Einsetzen von El Niño und der erwarteten langfristigen Erwärmung durch anthropogene Treibhausgase wurden bereits mehrere Faktoren diskutiert, die zu den überraschend hohen globalen Durchschnittstemperaturen seit 2023 beigetragen haben könnten", sagt Helge Gössling, Hauptautor der Studie vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI).

Etwa könnte eine erhöhte Sonnenaktivität dazu beigetragen haben, Wasserdampf aus einem Vulkanausbruch oder eine abnehmende Zahl von Aerosolpartikeln in der Atmosphäre. Doch nimmt man alle diese Faktoren zusammen, bleiben trotzdem 0,2 Grad unerklärt. "Die Frage nach der 'Erklärungslücke' von 0,2 Grad Celsius im Jahr 2023 ist aktuell eine der prominentesten Fragen der Klimaforschung", sagt Gössling.

2023 nahm die Erde eine Rekordmenge Energie auf

Grundsätzlich ist die Erderwärmung ein einfaches Konzept: Man misst, wie viel Energie die Erde aus dem Weltall aufnimmt und wie viel sie wieder zurückstrahlt, also abgibt. Die Differenz ergibt die Erwärmung. In der Praxis sind diese Zahlen nicht ganz so einfach zu bestimmen. Die Studie stützt sich dazu auf Satellitendaten und sogenannte Reanalyse-Daten aus mehreren Jahrzehnten Wetteraufzeichnung.

Anhand dieser Grundlagen hat Gössling gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen vom AWI und vom Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) analysiert, wie sich der globale Energiehaushalt der Erde und die Bewölkung in unterschiedlichen Höhen entwickelt haben. 2023 hat die Erde demnach netto eine Rekordmenge an Energie aufgenommen.

Niedrigste Albedo mindestens seit 1940

Weiterhin fiel den Forschenden auf, dass 2023 auch das Jahr mit der niedrigsten planetaren Albedo seit 1940 war. Als Albedo bezeichnen Fachleute den Anteil der Sonneneinstrahlung, den die Erde ins All zurückreflektiert. Dass die Albedo sinkt, überrascht nicht. Gletscher und Meereis schwinden und so verliert die Erde helle Flächen, die besonders stark reflektieren.

"Die Analyse der Datensätze zeigt jedoch, dass der Rückgang der Oberflächen-Albedo in den Polarregionen nur etwa 15 Prozent zum jüngsten Rückgang der planetaren Albedo beigetragen hat", berichtet Gössling. Und noch etwas verraten die Daten mithilfe eines einfachen Energiebilanzmodells: Hätte sich die Albedo seit Dezember 2020 nicht weiter verringert, wäre das Jahr 2023 um 0,23 Grad kühler gewesen.

Zu wenige Wolken in den unteren Luftschichten

Die Studie benennt klar die Ursache der ungewöhnlich niedrigen Albedo: In den nördlichen mittleren Breiten und in den Tropen haben sich deutlich weniger niedrig hängende Wolken gebildet als früher. Wolken reflektieren Sonnenlicht und kühlen so die Erde. In hohen Luftschichten, nicht jedoch in niedrigen, halten Wolken aber auch die von der Erdoberfläche abgestrahlte Wärme zurück und wärmen so den Planeten. "Gibt es weniger niedrigere Wolken, verlieren wir nur den Kühleffekt, es wird also wärmer", erklärt Gössling.

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Auffällig ist für den Klimaphysiker zudem, "dass der östliche Nordatlantik, der einer der Haupttreiber für den jüngsten Anstieg der globalen Mitteltemperatur ist, nicht nur 2023 einen deutlichen Rückgang von niedrigen Wolken verzeichnete, sondern – wie fast der gesamte Atlantik – bereits in den letzten zehn Jahren."

Ist die Klimaerwärmung selbst die Ursache der zusätzlichen Erwärmung?

Eine intuitive Erklärung könnte darin liegen, dass strengere Auflagen beim Schiffsdiesel bewirkt haben, dass weniger Aerosolpartikel über den Meeren in die Luft gelangen. Als Kondensationskeime sind sie massgeblich daran beteiligt, dass sich Wolken bilden. Für die Studienautorinnen und -autoren können jedoch weder dieser Effekt noch natürliche Schwankungen das Ausmass erklären, um das sich die Albedo verringert hat.

Gössling vermutet, dass es die Klimaerwärmung selbst ist, die die niedrigen Wolken verschwinden lässt. "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 er. "Wir könnten einer globalen Klimaerwärmung von über 1,5 Grad Celsius bereits näher sein als bislang gedacht."

"Die Studie liefert eine nützliche Quantifizierung verschiedener Faktoren, die aus beobachteten Trends abgeleitet und auf ein einfaches Energiebilanzmodell angewendet werden", sagt Bjorn Stevens, Leiter der Abteilung für Atmosphäre im Erdsystem am Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg, der an der Arbeit nicht beteiligt war. Seine Arbeitsgruppe wies bereits 2021 in einer Publikation darauf hin, dass die planetare Albedo seit einigen Jahren schneller sinkt.

Aerosole als Erklärung bei Weitem nicht ausreichend

An Aerosole als Erklärung glaubt auch er nicht. "Dann gäbe es nicht eine so grosse globale Kohärenz der langfristigen Trends in nördlicher und südlicher Hemisphäre", begründet Stevens seine Einschätzung. Ausserdem würde man dann weitere Spuren eines sauberen Himmels erwarten. "Wir wissen über den Atlantik, dass im letzten Jahr dort, wo es deutlich weniger Wolken gab, die Winde ungewöhnlich schwach waren", berichtet Stevens.

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Das führe zu weniger Wolkenbildung und weniger Kühlung durch Feuchtigkeit, die von der Meeresoberfläche verdunstet: "Das macht veränderte atmosphärische Zirkulationsmuster zu einer wahrscheinlichen Ursache, lässt aber die Frage offen, ob es sich um einen langfristigen Effekt handelt oder verschiedene Formen der internen Variabilität unglücklich zusammengefallen sind."

Anders gesagt: Werden die Wolken dauerhaft weniger, weil das Klima wärmer wird, oder steckt dahinter ein aussergewöhnlicher Ausreisser der natürlichen Schwankungen?

Klimasensitivität könnte unterschätzt sein – und damit auch das Tempo der Erwärmung

Seine persönliche Antwort gibt Stevens gleich mit: "Es ist besorgniserregend, dass der Trend zu weniger Wolken bislang fortbesteht." Denn dann würde dieser Effekt nicht nur die Rekordwärme im Jahr 2023 erklären. Dann würde dieser Effekt sich auch selbst verstärken: Mehr Erwärmung führt zu weniger niedrigen Wolken und weniger niedrige Wolken zu noch mehr Erwärmung.

Das könnte bedeuten, dass die Klimasensitivität bislang unterschätzt wurde. Hinter diesem Begriff verbirgt sich, um wie viel Grad sich die Erde erwärmt, wenn sich der CO2-Gehalt der Atmosphäre verdoppelt. Wäre die Klimasensitivität grösser als angenommen, wären alle Prognosen zu optimistisch und höhere Temperaturen – etwa die im Paris-Abkommen definierte Grenze von 1,5 Grad Erderwärmung – würden früher erreicht.

Trotz Klimabemühungen der letzten drei Jahre: Erderwärmung nimmt stetig zu

Aktualisiert am 16.11.2024, 09:14 Uhr

In den letzten drei Jahren gab es keine Verringerung der Erderwärmung, trotz der Bemühungen und Pläne der Länder zur Reduzierung des Klimawandels.

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