Was bedeutet Klimasensitivität?

Eine zentrale Frage der Klimaforschung ist: Wieviel wärmer wird es auf der Erde, wenn die Konzentration von Treibhausgasen um einen bestimmten Betrag zunimmt. Ein Maß dafür ist die Klimasensitivität. Was der Begriff bedeutet, erklären wir hier.

Treibhausgase wie CO₂ und Methan beeinflussen die Energiebilanz unseres Planeten:

Von der Sonne trifft Energie mit der kurzwelligen Strahlung ein, die Menschen zum Teil als sichtbares Licht wahrnehmen. Die Erdoberfläche nimmt Teile der Strahlung auf, wandelt die enthaltene Energie in Wärme um und gibt diese in die Atmosphäre ab. Treibhausgase nehmen einen Teil der langwellige Wärmestrahlung auf und strahlen sie sowohl in Richtung Weltall als auch in Richtung Erdoberfläche ab, so dass diese zusätzlich erwärmt wird. Je höher also die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre ist, desto mehr Wärme halten sie zurück. Nehmen die Erde und ihre Atmosphäre mehr Energie auf, als sie wieder abgeben, erhöht sich die Temperatur nahe der Erdoberfläche. Man spricht dann von einer positiven Strahlungsbilanz. Wieviel Energie die Erde aufnimmt und abgibt wird in Watt gemessen.

Die Klimasensitivität gibt an, um wieviel Grad sich die Temperatur der Erdoberfläche ändert, wenn die Energiebilanz um ein Watt pro Quadratmeter steigt - weltweit und über das Jahr gemittelt. Vereinfacht wird sie oft beschrieben als der Temperaturanstieg bei einer Verdoppelung der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre, insbesondere im Zusammenhang mit dem derzeitigen CO₂- und Temperaturanstieg im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter. Allerdings ist die Klimasensitivität keine konstante Größe, sondern abhängig vom jeweils betrachteten Zustand der Erdoberfläche und der Atmosphäre.

Bei gleichbleibender Sonnenstrahlung beeinflussen mehrere Größen die Energiebilanz:
Jedes Gas in der Atmosphäre und Material auf der Erdoberfläche kann die einfallende Sonnenstrahlung oder die abgegebene Wärmestrahlung verändern. Helle Materialien wie beispielsweise Schnee nehmen weniger Energie aus der Sonnenstrahlung auf als dunkle, wie etwa  Wasseroberflächen oder Wälder. Gase oder Wasserdampf reflektieren oder absorbieren Strahlung und geben sie dadurch in den Weltraum ab oder halten sie in der Atmosphäre zurück. Für viele einzelne Materialien wie Schnee, Wasser oder CO₂ lässt sich dieser Effekt im Labor messen. Im realen Klimageschehen kommen dann viele Faktoren zusammen: Die Wirkungen verschiedener Materialien addieren oder kompensieren sich. Rückkopplungen ziehen weitere Veränderungen nach sich. Die Atmosphäre nimmt beispielsweise mehr Wasserdampf auf, je wärmer sie ist. Der wiederum fördert eine weitere Erwärmung. Auch Veränderungen in der Vegetation, in der Größe eisbedeckter Flächen oder in der Wassertemperatur der Ozeane wirken sich auf die Energiebilanz des gesamten Systems aus.

Weil so verschiedene dynamische Faktoren und Rückkopplungseffekte zu berücksichtigen sind, ist es keine leichte Aufgabe, die Energiebilanz der Erde zu berechnen und einen Wert für die Klimasensitivität anzugeben. Um das komplexe Zusammenspiel der Faktoren besser zu verstehen, erforschen Klimawissenschaftler:innen die Entwicklung der Klimasensitivität im Verlauf der Erdgeschichte. Dazu nutzen sie zum Beispiel mehrere Hunderttausende Jahre alte Eisbohrkerne aus der Antarktis, aus denen sie Temperaturen und atmosphärische CO₂-Konzentrationen rekonstruieren.

Um die künftige Entwicklung des derzeitig fortschreitenden Klimawandels vorherzusagen, ist es entscheidend, die aktuelle Klimasensitivität des Erdsystems möglichst genau zu kennen. Um ihren Wert zu berechnen, entwickeln Forschende hochleistungsfähige Computermodelle, mit deren Hilfe sie möglichst viele relevante Faktoren möglichst präzise abbilden.