Strahlungsbilanz der Erde

Erste direkte Belege für anthropogenen Klimawandel

Robert Klatt

Wissenschaftler haben erstmals direkte Belege für die Auswirkungen des Menschen auf die Energiebilanz der Erde und damit auf den Klimawandel erbracht.

Greenbelt (U.S.A.). Das Klima der Erde wird durch ein Gleichgewicht von Energieaufnahme und -abgabe bestimmt. Sonnenlicht der Erde wird teilweise, zum Beispiel bei der Photosynthese der Pflanzen, absorbiert und versorgt den Planeten mit Energie. Überschüssige Energie reflektiert die Erde hingegen als langwellige Wärmestrahlung zurück in den Weltraum. Wenn dieser Prozess im Gleichgewicht ist, ist das Klima der Erde stabil.

Wissenschaftler vom Goddard Space Flight Center der NASA haben nun erstmals aus dem Weltall die Strahlungsbilanz der Erde ermittelt und dabei bestimmt, wie hoch der menschengemachte Strahlungsantrieb ist. „Zwar gibt es schon gut etablierte Beobachtungsdaten zu den Treibhausgas-Konzentrationen und Oberflächentemperaturen, aber eine globale Messung des Strahlungsantriebs fehlte bislang“, erklärt Ryan Kramer.

CERES-Messgeräte ermitteln Strahlung

Die auf mehrere Satelliten verteilten CERES-Messgeräte ermitteln die ein- und ausgehende Strahlung der Erde bereits seit 1997. Die Wissenschaft konnte deshalb bereits belegen, dass die Energieaufnahme und Energieabgabe der Erde nicht im Gleichgewicht sind. „Aber sie verraten uns nicht, welche Faktoren dafür verantwortlich sind“, erklärt Kramer. Unabhängige Satellitendaten konnten somit bisher nicht dazu genutzt werden, die Messungen des anthropogenen Treibhauseffekts auf der Erde zu validieren.

Neue Methode nutzt Satellitendaten

Laut ihrer Publikation in den Geophysical Research Letters haben die Wissenschaftler um Kramer deshalb eine neue Methode entwickelt, die auch die Messdaten zahlreicher Satelliten einbezieht. Sie konnten so die Auswirkungen natürlicher Einflussfaktoren wie Wasserdampf, Aerosolen, der Sonnenaktivität und Prozessen innerhalb der Atmosphäre auf die Energiebilanz der Erde ermitteln. Um den Überschuss, der auf den Einfluss des Menschen zurückgeht, zu ermitteln, zogen sie von den Bruttowerten der Strahlenbilanz diese natürlichen Einflussfaktoren ab.

Strahlungsantrieb deutlich gestiegen

Sie konnten so ermitteln, dass von 2003 bis 2018 der globale, instantane Strahlungsantrieb um 0,53 Watt pro Quadratmeter gestiegen ist. Als Vergleichswert nennen die Wissenschaftler den kumulierten Netto-Strahlungsantrieb des anthropogenen Treibhauseffekts, der laut dem letzten Weltklimabericht des IPCC von 1750 bis 2011 bei 2,3 Watt pro Quadratmeter liegt. Die Sonnenaktivität sorgte im gleichen Zeitraum für einen Netto-Strahlungsantrieb von 0,05 Watt pro Quadratmeter.

Aerosole und Treibhausgase entscheidend

Konkret zeigt die Studie somit, dass der menschliche Einfluss das Energiebudget der Erde signifikant zugenommen hat. „Diese Ergebnisse enthüllen den Fingerabdruck, den die anthropogenen Aktivität im sich verändernden Energiebudget der Erde hinterlässt“, konstatiert Kramer.

Außerdem zeigt die erste globale Berechnung des Strahlungsantriebs auch den Effekt der Treibhausgase und Aerosole. „Die Zunahme geht auf eine Kombination aus steigenden Treibhausgas-Werten und jüngsten Verringerungen der Aerosol-Emissionen zurück“, erklärt Kramer. Die sinkenden Anteile luftverschmutzender Aerosole in der Atmosphäre sorgen demnach dafür, dass weniger Sonnenlicht zurückreflektiert wird. Eine geringere Luftverschmutzung reduziert also die Kühlung der Erde. Deutlich sichtbar war dieser Effekt während der Corona-Lockdowns.

Schneller Datenauswertung möglich

Die Wissenschaftler erklären in ihrer Publikation überdies, dass die neue Berechnungsmethode es ermöglicht, Daten deutlich schneller zu erheben und zu analysieren als zuvor. Es können so Änderungen an der Strahlungsbilanz der Erde und deren Einfluss auf den Klimawandel über wenige Jahre erfasst werden.

„Durch eine direkte Überwachung des Strahlungsantriebs auf Basis dieser Beobachtungen können wir prüfen, wie gut unsere Klimamodelle diesen Strahlungsantrieb abbilden. Das erlaubt es uns, zuverlässigere Prognosen darüber abzugeben, wie sich das Klima in Zukunft verändern wird“, erklärt Gavin Schmidt vom Goddard Institute of Space Studies (GISS) in einem Kommentar.

Geophysical Research Letters, doi: 10.1029/2020GL091585

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