Das Energiebudget der Erde: Energieungleichgewicht hat sich in 20 Jahren mehr als verdoppelt

Wie lässt sich der Klimawandel messen? Ein klassischer Weg ist, Temperaturen an vielen Orten über lange Zeiträume zu erfassen. Das ist hilfreich – aber natürliche Schwankungen können es erschweren, langfristige Entwicklungen klar zu erkennen.

Eine andere Methode zeigt dagegen sehr deutlich, was passiert: Man bilanziert, wie viel Wärme in die Erdatmosphäre hinein gelangt und wie viel wieder entweicht. Dieses Energiebudget der Erde ist inzwischen deutlich aus dem Gleichgewicht geraten.

Unsere jüngste Forschung zeigt, dass sich dieses Ungleichgewicht in den vergangenen 20 Jahren mehr als verdoppelt hat. Andere Forschungsgruppen kommen zu denselben Ergebnissen. Zudem liegt die Abweichung inzwischen erheblich über dem, was Klimamodelle bislang nahegelegt haben.

Mitte der 2000er-Jahre lag das Energieungleichgewicht im Mittel bei etwa 0,6 Watt pro Quadratmeter (W/m2). In den letzten Jahren betrug der Durchschnitt rund 1,3 W/m2. Das bedeutet: Die Geschwindigkeit, mit der sich Energie in der Nähe der Erdoberfläche ansammelt, hat sich verdoppelt.

Diese Resultate deuten darauf hin, dass sich der Klimawandel in den kommenden Jahren durchaus beschleunigen könnte. Besonders problematisch ist, dass dieses beunruhigende Ungleichgewicht gerade dann sichtbar wird, wenn Unsicherheit bei der Finanzierung in den Vereinigten Staaten unsere Fähigkeit bedroht, die Wärmeflüsse zuverlässig zu überwachen.

Energie rein, Energie raus

Das Energiebudget der Erde funktioniert ein wenig wie ein Bankkonto: Es gibt Einzahlungen und Ausgaben. Wenn man weniger ausgibt, wächst das Guthaben. In diesem Fall ist Energie die „Währung“.

Damit Leben auf der Erde möglich ist, braucht es ein Gleichgewicht zwischen der Wärme, die von der Sonne ankommt, und der Wärme, die wieder abgegeben wird. Genau dieses Gleichgewicht kippt zunehmend.

Sonnenenergie trifft auf die Erde und erwärmt sie. Wärmespeichernde Treibhausgase in der Atmosphäre halten einen Teil dieser Energie zurück.

Durch das Verbrennen von Kohle, Öl und Gas sind inzwischen jedoch mehr als zwei Billionen Tonnen Kohlendioxid und weitere Treibhausgase zusätzlich in die Atmosphäre gelangt. Dadurch wird immer mehr Wärme festgehalten und kann schlechter ins All entweichen.

Ein Teil dieser zusätzlichen Wärme heizt die Landflächen auf oder lässt Meereis, Gletscher und Eisschilde schmelzen. Das ist allerdings nur ein kleiner Anteil. Ganze 90% sind aufgrund der enormen Wärmekapazität der Ozeane in die Meere geflossen.

Wärme verlässt die Erde auf mehreren Wegen. Unter anderem wird ein Teil der einfallenden Energie an Wolken, Schnee und Eis reflektiert und zurück ins All geschickt. Zusätzlich wird Infrarotstrahlung ins All abgestrahlt.

Vom Beginn der menschlichen Zivilisation bis vor rund einem Jahrhundert lag die mittlere Oberflächentemperatur bei etwa 14°C. Das anhaltende Energieungleichgewicht hat die Durchschnittstemperaturen inzwischen um 1,3-1,5°C nach oben verschoben.

Schneller als die Modelle

Forschende verfolgen das Energiebudget im Wesentlichen auf zwei Arten.

Erstens lässt sich die ein- und ausgehende Strahlung direkt messen – mit hochempfindlichen Radiometern an Beobachtungssatelliten. Dieser Datensatz und seine Vorgänger reichen bis in die späten 1980er-Jahre zurück.

Zweitens kann man die Wärmezunahme in Ozeanen und Atmosphäre sehr genau erfassen, indem Temperaturen gemessen werden. Seit den 1990er-Jahren überwachen Tausende robotische Messbojen die Temperaturen in den Weltmeeren.

Beide Ansätze zeigen, dass das Energieungleichgewicht rasch gewachsen ist.

Dass sich das Ungleichgewicht verdoppelt hat, war überraschend, weil die ausgefeilten Klimamodelle, die wir verwenden, eine so grosse und schnelle Veränderung meist nicht vorhergesagt haben.

In der Regel sagen die Modelle weniger als die Hälfte der Veränderung voraus, die wir in den Messdaten der realen Welt beobachten.

Warum hat sich das so schnell verändert?

Eine vollständige Erklärung haben wir bislang nicht. Neuere Arbeiten deuten jedoch darauf hin, dass Veränderungen bei den Wolken eine zentrale Rolle spielen.

Insgesamt wirken Wolken kühlend. Doch die Fläche stark reflektierender, weisser Wolken ist kleiner geworden, während die Fläche unregelmässiger, weniger reflektierender Wolken zugenommen hat.

Warum sich die Wolken verändern, ist nicht eindeutig. Ein möglicher Einfluss könnten Folgen der erfolgreichen Massnahmen sein, seit 2020 den Schwefelgehalt in Schiffskraftstoffen zu senken – das Verbrennen des schmutzigeren Kraftstoffs könnte Wolken zuvor aufgehellt haben.

Allerdings setzte die Beschleunigung des Energieungleichgewichts bereits vor dieser Umstellung ein.

Auch natürliche Schwankungen im Klimasystem wie die Pazifische Dekaden-Oszillation könnten mitwirken. Und schliesslich – am besorgniserregendsten – könnten die Wolkenveränderungen Teil eines Trends sein, der durch die globale Erwärmung selbst ausgelöst wird, also eine positive Rückkopplung auf den Klimawandel.

Was bedeutet das?

Die Ergebnisse sprechen dafür, dass die extrem heissen Jahre der jüngsten Zeit keine Ausreisser sind, sondern möglicherweise eine zunehmende Verstärkung der Erwärmung über das kommende Jahrzehnt oder länger anzeigen.

Damit steigt die Wahrscheinlichkeit stärkerer Klimaauswirkungen: glühende Hitzewellen, Dürren und Starkregenereignisse an Land sowie intensivere und länger anhaltende marine Hitzewellen.

Langfristig könnte dieses Ungleichgewicht noch gravierendere Folgen haben. Neue Forschung zeigt, dass die einzigen Klimamodelle, die den Messungen der realen Welt nahekommen, solche mit einer höheren „Klimasensitivität“ sind.

Das heisst: In Szenarien, in denen Emissionen nicht rasch reduziert werden, erwarten diese Modelle nach den nächsten Jahrzehnten eine deutlich stärkere Erwärmung.

Ob darüber hinaus weitere Faktoren eine Rolle spielen, ist noch offen. Es ist weiterhin zu früh, um eindeutig zu sagen, dass wir uns auf einer Hochsensitivitäts-Entwicklung befinden.

Unsere Augen am Himmel

Die Lösung ist seit Langem bekannt: das routinemässige Verbrennen fossiler Brennstoffe beenden und menschliche Aktivitäten mit Emissionen – etwa Entwaldung – schrittweise auslaufen lassen.

Um unerwartete Veränderungen rechtzeitig zu erkennen, sind präzise Aufzeichnungen über lange Zeiträume unverzichtbar.

Insbesondere Satelliten dienen als Frühwarnsystem, weil sie Veränderungen in der Wärmespeicherung etwa ein Jahrzehnt früher sichtbar machen als andere Methoden.

Doch Kürzungen bei den Mitteln und drastische Verschiebungen von Prioritäten in den Vereinigten Staaten könnten die notwendige satellitengestützte Klimaüberwachung gefährden.

Steven Sherwood, Professor für Atmosphärenwissenschaften, Forschungszentrum für Klimawandel, UNSW Sydney; Benoit Meyssignac, Assoziierter Forschungswissenschaftler für Klimawissenschaft, Universität Toulouse, und Thorsten Mauritsen, Professor für Klimawissenschaft, Universität Stockholm

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

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