Das Schicksal der Antarktis an einem Faden oder die Doppelrolle der Wolken bei der globalen Erwärmung

Während Hitzewellen uns zunehmend daran erinnern, dass die globale Erwärmung bereits unser tägliches Leben beeinflusst, deuten Klimamodelle darauf hin Je größer die globale Erwärmung, desto größer werden die Veränderungen in der Antarktis sein. Das ist wichtig, denn das Abschmelzen der antarktischen Eiskappe ist derzeit eine der Hauptursachen für den Anstieg des Meeresspiegels.

Doch wie bei einem Seiltänzer ist die Zukunft der Antarktis ungewiss: Je nachdem, ob das Abschmelzen der Polkappen oder die Schneeanhäufung überwiegen, könnte das Gleichgewicht in die eine oder andere Richtung kippen.

unsere Nouvelle Etüde, die derzeit veröffentlicht wird, zeigt, dass Wolken eine wichtige Quelle für Unsicherheiten sind, zusätzlich zu den bereits bekannten. Unter bestimmten Bedingungen könnten die Wolken das Schmelzen der Oberfläche stark verstärken und eine schnelle Destabilisierung der antarktischen Eisdecke verursachen, indem sie sie von der Oberfläche angreifen (und das Schmelzen von unten aufgrund der Ozeanerwärmung. Im „besten“ Fall würden sie das Abschmelzen des antarktischen Eises ein wenig verlangsamen, indem sie als „Sonnenschirm“ dienen und die Schneeansammlung fördern.

Viele Unbekannte

In der Klimawissenschaft gibt es viele Quellen der Unsicherheit, im Klimawandel selbst, aber auch in der Art und Weise, wie Modelle das Klima darstellen. Daher ist es besonders schwierig, das mit einem Temperaturanstieg verbundene Abschmelzen der Antarktis vorherzusagen.

Diese Ungewissheiten machen es auch schwierig, politische Strategien zu entwickeln, die darauf abzielen, ein maximales Erwärmungsziel zu definieren (wie beispielsweise die der Pariser Abkommen), entsprechend den Erwärmungsraten und den damit verbundenen Risiken, die aus Beobachtungen und Modellen abgeleitet werden.

Wolken spielen eine Doppelrolle

Wolken bringen nicht nur Feuchtigkeit und Niederschlag auf den antarktischen Kontinent (deren Zentrum eine sehr trockene Wüste ist), sondern beeinflussen auch die Energie, die zum Kühlen oder Erwärmen der Oberfläche zur Verfügung steht.

In den Polarregionen reflektiert der weiße Schnee auf dem Boden die Sonnenenergie in Richtung Weltraum, insbesondere die kurzen Wellenlängen und insbesondere die sichtbaren. Solange der Schnee weiß ist und nicht schmilzt, wird die Sonnenenergie nur geringfügig von der Oberfläche absorbiert. Sobald es jedoch schmilzt, lässt dieser Effekt nach und die Oberfläche nimmt dann Sonnenenergie auf.

Weil sie weiß sind, reflektieren Wolken einen Teil der Sonnenenergie zurück ins All. Bei Wolken wird mehr Energie in den Weltraum zurückgeschickt als bei Abwesenheit: Sie wirken dann wie ein Sonnenschirm und begrenzen die Sonnenenergie, die die Erdoberfläche erreicht.

Der Schnee auf der Oberfläche der Antarktis, dessen Verhalten einem "schwarzen Körper" ähnelt, sendet Infrarotstrahlung in Richtung Weltraum aus. In Abwesenheit von Wolken geht die von der Oberfläche emittierte Infrarotstrahlung an den Weltraum verloren. Aber wenn es Wolken gibt, können sie einen Teil dieser Energie aufnehmen und sie wiederum an die Oberfläche abgeben. Diese von den Wolken abgegebene Infrarotenergie bewirkt eine Erwärmung der Oberfläche. Dieses Prinzip lässt sich hier im Winter gut beobachten: Nachts ohne Wolken ist es immer viel kälter als mit Wolken.

Die Energie, die von den Wolken an die Oberfläche abgegeben wird, erhöht die verfügbare Energie, um die antarktische Eiskappe zu schmelzen. Es ist vergleichbar mit der Wirkung von Treibhausgasen. Darüber hinaus ist Wasser in seinen verschiedenen Formen für 75 % des Treibhauseffekts verantwortlich.

Abhängig von den Bedingungen können die Wolken daher die Oberfläche über den Sonnenschirmeffekt kühlen und über den Treibhauseffekt erwärmen.

Die Zukunft der Antarktis

Das Clausius-Clapeyron-Gesetz bezieht den Feuchtigkeitsgehalt der Luft auf die Temperatur. Der Zusammenhang ist ganz einfach: Je wärmer die Luft, desto mehr Feuchtigkeit enthält sie. Dies erhöht die Wolkenmenge und letztendlich den Schneefall in der Antarktis. Der Sonnenschirmeffekt wird zunehmen, aber auch die Kraft des Treibhauseffekts. Es ist das Gleichgewicht zwischen diesen antagonistischen Effekten, das die Rolle der Wolken bestimmt.

Dieses Gleichgewicht hängt von den Eigenschaften der Wolken ab. Zum Beispiel erzeugen solche, die flüssiges Wasser enthalten, einen größeren Treibhauseffekt, während solche, die Eis und Schnee enthalten, einen größeren Sonnenschirmeffekt haben.

Als Folge der globalen Erwärmung wird der Schnee in der Antarktis schmelzen. Dadurch wird ein zusätzlicher Prozess ausgelöst, der die Energiebilanz beeinflusst: Der Schnee wird beim Schmelzen dunkler und reflektiert weniger direkte Sonnenenergie (wir sagen, dass seine Albedo abnimmt). Es absorbiert mehr und schmilzt mehr. Es ist eine positive Rückkopplungsschleife, die mit der Zeit stärker wird. Je nach vorherrschender Wirkung der Wolken können diese die positive Rückkopplung etwas verlangsamen (Schirmeffekt) oder stark akzentuieren.

Einer der größten Unsicherheitsfaktoren in den Projektionen ist unserer Studie zufolge das Wissen, welche Wolken in Zukunft häufiger werden und in welche Richtung damit die Waage kippen wird. Alle Projektionen deuten auf eine Zunahme von Wolken mit starkem Treibhauseffekt (die flüssiges Wasser enthalten) mit den Folgen einer zunehmenden Schmelze, jedoch in unterschiedlichen Anteilen, was zu einer großen Unsicherheit in den Projektionen über die Mengen an geschmolzenem Eis führt.

Wie gibt man eine Wolke in ein Klimamodell ein?

Ein Klimamodell ist ein Satz mathematischer Gleichungen der physikalischen Gesetze der Atmosphäre. Diesen Gleichungen fügen wir Parametrisierungen hinzu, um Prozesse darzustellen, für die wir (noch) keine physikalischen Gesetzmäßigkeiten haben. Und zu diesen Prozessen gehören die Bildung von Wolken und ihre Umwandlung in Niederschlag. Bei den Parametrisierungen der Wolken gehen die Modelle am stärksten auseinander, und dort ist die Unsicherheit am größten. Typischerweise haben die meisten Klimamodelle Schwierigkeiten, Wolken in Polarregionen darzustellen.

Indem sie das Schmelzen verstärken, könnten die Wolken dazu beitragen, Kipppunkte zu erreichen, die zur Zerstörung der Schelfeise führen, die die Antarktis stabilisieren. Dieselben Wolken haben auch einen großen Beitrag geleistet auf die jüngste Rekordtemperatur in der Ostantarktis und ihre Rolle könnte in Zukunft noch entscheidender sein. Sie werden jedoch noch sehr schlecht von Klimamodellen repräsentiert. Keine Projektion ist wahrscheinlicher als eine andere, aber es gibt alle Anzeichen dafür, dass je stärker die Erwärmung ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Wendepunkte erreicht werden.

Christoph Kittel, Postdoktorandin in Klimatologie, Grenoble Alpes Universität (UGA)

Dieser Artikel wurde von neu veröffentlicht Das Gespräch unter Creative Commons Lizenz. Lesen Sie dieOriginalartikel.

Bildnachweis: Shutterstock.com / robert mcgillivray