Klimawandel zerstört Kühlwolken

Fatale Rückkopplung: Wenn die Treibhausgas-Werte weiter stark steigen, könnte dies zum Verschwinden eines wichtigen Kühlmittels im Erdsystem führen – den tropischen Meereswolken. Bisher reflektieren diese marinen Stratocumulus-Schichten bis zu 60 Prozent des kurzwelligen Sonnenlichts zurück ins All. Bei CO2-Werten um 1.200 ppm jedoch lösen sich diese Wolkendecken auf – die Folge wäre ein globaler Temperatursprung um acht Grad, wie Forscher im Fachmagazin „Nature Climate Change“ berichten.

Wolken sind wichtige Akteure im Klimasystem. Denn je nach Beschaffenheit können sie einfallendes Sonnenlicht reflektieren und so kühlend auf das Klima wirken – dies ist vor allem bei niedrigen Wolkendecken der Fall. Hohe Wolken dagegen absorbieren meist die von der Erde abgestrahlte Wärme und heizen so die Atmosphäre weiter auf. Schon jetzt zeigen jedoch Studien, dass sich die Art und Verteilung der Wolken durch die globale Erwärmung verändert – leider meist nicht zum Besseren.

Kühlende Decke über den Meeren

Doch es könnte noch schlimmer kommen. Denn wie Tapio Schneider vom California Institute of Technology (Caltech) und sein Team herausgefunden haben, reagieren ausgerechnet die marinen Stratocumuluswolken sensibel auf steigende CO2-Werte. Diese Wolkendecken überdecken bisher rund 20 Prozent der subtropischen Meeresflächen. Weil sie 30 bis 60 Prozent der kurzwelligen Sonneneinstrahlung zurück ins All reflektieren, sind diese Wolken das entscheidende Kühlmittel des irdischen Klimasystems.

Wie die marinen Stratocumuluswolken jedoch auf den Klimawandel und steigende CO2-Werte reagieren, war bisher unklar. Der Grund: Diese Wolken entstehen aufgrund kleinräumiger Turbulenzen, die durch den Gegensatz von kalter Wolkenoberseite und wärmeren Luftschichten darunter zustande kommen. Diese Turbulenzen sind jedoch zu lokal, um von globalen Klimamodellen erfasst zu werden.

Schneider und sein Team haben deshalb ein hochauflösenderes, dafür räumlich begrenzteres Modell der Luftbewegungen genutzt, um das Verhalten dieser Wolken näher zu untersuchen. Sie simulierten damit, wie die Meerestemperaturen, die Wolkendecke und die Strahlungsbilanz sich bei steigenden CO2-Werten verändern.

Abrupte Auflösung ab 1.200 ppm

Das Ergebnis: Ab einem CO2-Wert von etwa 1.200 parts per million (ppm) atmosphärischem CO2 verändern sich die Meereswolken dramatisch. „Wenn die Werte diese Schwelle überschreiten, werden die Stratocumulusschichten instabil und zerbrechen in verstreute Cumuluswolken“, berichten Schneider und sein Team. Dies entspricht CO2-Werten, wie sie bei ungebremstem Klimawandel im nächsten Jahrhundert erreicht werden könnten.

Marine Stratocumulus-Wolkendecke vor der US-Westküste. © NASA/GSFC, MODIS

Die Folge dieses Wolkenschwunds: Weil die Kühlwirkung der Wolkendecke entfällt, heizen sich die Ozeane deutlich stärker auf. „Die Oberflächentemperatur der subtropischen Meere steigt dadurch um zehn Grad, die tropischen Meere werden um acht Grad wärmer“, berichten die Forscher. Insgesamt könne dies zu einer zusätzlichen globalen Erwärmung um acht Grad führen. Diese positive Rückkopplung würde dadurch den Klimawandel drastisch verstärken.

Nicht so einfach regenerierbar

„Damit deckt unsere Studie einen blinden Fleck in bisherigen Klimamodellen auf“, sagt Schneider. „Ich hoffe und glaube zwar, dass technologische Veränderungen unsere Emissionen so weit reduzieren werden, dass wir so hohe CO2-Werte nicht erreichen. Aber unsere Ergebnisse zeigen, dass es gefährliche Klimawandel-Schwellen gibt, die uns zuvor nicht bewusst waren.“

Das Problem dabei: Wenn diese Wolkendecken einmal zerfallen sind, regenerieren sie sich nur schwer, wie die Simulation ergab. Erst als die atmosphärischen CO2-Werte wieder unter 300 ppm sanken, begannen sich die Stratocumuluswolken wieder neu zu bilden. Damit verhalten sich diese Wolken ähnlich wie andere Kipppunkte im Klimasystem: Beim Überschreiten bestimmter Schwellenwerte kippen sie in einen neuen Zustand, der nicht oder nur schwer reversibel ist.

Erklärung für Wärmeperioden der Vergangenheit?

Die Entdeckung dieser Wolken-Schwelle könnte aber auch ein großes Rätsel der Paläoklimatologie klären. Denn in einigen Wärmeperioden der Erdgeschichte steigen die globalen Temperaturen höher, als es die CO2-Werte nahelegen würden. So war die Arktis beispielsweise im Eozän vor rund 50 Millionen Jahren eisfrei. Während jedoch globale Klimamodelle dies erst für CO2-Werte ab 4.000 ppm voraussagen, lagen die CO2-Konzentrationen im Eozän wahrscheinlich eher bei 2.000 ppm.

„Das Zerbrechen der Stratocumulus-Decken könnte erklären, wie solche Treibhaus-Klimata auch ohne unrealistisch hohe CO2-Werte entstehen können“, sagen Schneider und sein Team. Die veränderte Albedo großer Meeresgebiete könnte das Klima damals zusätzlich angeheizt haben. (Nature Geoscience, 2019; doi: 10.1038/s41561-019-0310-1)

Quelle: California Institute of Technology