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Geoengineering: Aufgehellte Wolken könnten Erderwärmung stoppen

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Wenn die Menschheit ihre Treibhausgasemissionen nicht deutlich senkt, bleibt womöglich nur noch eins: ein radikaler Eingriff ins globale Klima. Forscher haben nun simuliert, welchen Effekt das Säen und Aufhellen von Wolken hat. Es könnte prinzipiell funktionieren - mit ungewissen Nebenwirkungen.

Klimawandel: Wolken über den Meeren aufhellen Fotos
NASA

Die Schiffe machen es vor: Man braucht nur etwas Dreck in die Luft zu pusten, und schon bilden sich weiße Wolken. Satelliten haben die Spuren der Ozeangiganten in den vergangenen Jahren schon dutzendfach fotografiert. Die Wolkenstreifen über den Meeren gleichen abstrakten geometrischen Mustern (siehe Fotostrecke).

Einige Klimaforscher betrachten das Säen und Aufhellen von Wolken als eine der womöglich letzten Optionen zur Rettung des Klimas, sofern sich die weltweite Staatengemeinschaft nicht auf drastische Reduzierungen der Treibhausgasemissionen einigt. Der gescheiterte Uno-Klimagipfel von Kopenhagen hat verdeutlicht, wie schwer eine solche Einigung zu erreichen ist. Mit dem sogenannten Geoengineering, also gezielten Eingriffen in die Atmosphäre oder Biosphäre, könnte man vielleicht noch das Schlimmste verhindern.

Solche bewussten Klimamanipulationen sind jedoch umstritten - unter anderem, weil sie womöglich den Druck von den Politikern nehmen, etwas gegen die Erderwärmung zu unternehmen. Ohnehin wissen Forscher derzeit noch viel zu wenig über die Effizienz und unerwünschten Nebenwirkungen von Eingriffen ins Klima. Philip Rasch vom Pacific Northwest National Laboratory in Richland hat nun mit zwei Kollegen simuliert, welche Auswirkungen das großflächige Säen und Aufhellen von Wolken über den Ozeanen hat. Hellere Wolken reflektieren mehr Sonnenlicht zurück ins All und könnten so den Treibhauseffekt verringern.

Die Forscher nutzten in ihrer Studie ein globales Klimamodell. Mit ihrem gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Modell konnten sie zugleich die Abläufe in der Atmosphäre und in den Meeren simulieren. "Wir haben einfach angenommen, dass wir die volle Kontrolle über die Tröpfchen in den Wolken haben", sagt Rasch im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Diese Tröpfchen entstehen aus Kondensationskeimen. Das können entweder Rußpartikel sein, etwa aus Schornsteinen von Schiffen, oder mikroskopisch kleine Wassertropfen, die ähnlich wie Spray aus einer Dose in die Luft geblasen werden.

Wolken global aufgehellt

Das Forscherteam hat mit einer Konzentration von 1000 Tröpfchen je Kubikzentimeter in den Wolken über den Ozeanen gerechnet. "Das ist ein sehr hoher Wert", meint Rasch, "viel höher, als man ihn normalerweise über den Meeren beobachtet". So hohe Konzentrationen fänden sich normalerweise nur über dem Festland in der Nähe von Orten, wo aus Schornsteinen große Mengen Schmutzpartikel in die Luft gelangten. "Wir haben die Tröpfchenkonzentration bewusst auf einen sehr hohen Wert gesetzt, um zu schauen, welche Auswirkungen das auf das Klimamodell hat", erklärt Rasch.

Sein Team simulierte vier verschiedene Eingriffsszenarien: Über 20, 30, 40 und 70 Prozent der Ozeanfläche wurden Wolken manipuliert, wobei die Forscher zugleich annahmen, dass sich die CO2-Konzentration in den kommenden 100 Jahren verdoppelt. Die genaue Geoengineering-Technologie spielte bei den Simulationen keine Rolle, ebenso wenig die Machbarkeit und die Kosten. Denkbar ist beispielsweise eine Flotte aus Hunderten Geisterschiffen, die permanent Ozeanwasser versprühen.

Die Simulationen zeigen, dass Geoengineering prinzipiell funktionieren könnte. Ohne Wolkenmanipulationen erhöhte sich die globale Durchschnittstemperatur binnen 100 Jahren um 1,8 Grad. Ein Eingriff über 20 Prozent der Meeresflächen führte zu einem Anstieg von nur noch 0,8 Grad. Im Falle von 70 Prozent wurde der Treibhausgaseffekt überkompensiert - die Erde war nach 100 Jahren 0,4 Grad kühler als in einem Szenario, bei dem sich die Konzentration des Kohlendioxids gegenüber heutigen Werten nicht änderte.

Nebenwirkungen inklusive

Diese Ergebnisse klingen hoffnungsvoll, allerdings veränderte das Geoengineering auch die Verteilung der Niederschläge auf der Erde. Nahe des Äquators im Ostpazifik ging die Regenmenge zurück, in der sogenannten südpazifischen Konvergenzzone stiegen sie an - und zwar im Jahresmittel um zwei bis sechs Millimeter pro Tag. Auch die Eisbedeckung am Nordpol und rund um die Antarktis nahm infolge der helleren Wolken zu. Allerdings war der Effekt auf der Südhalbkugel größer. Im 70-Prozent-Szenario nahm die Eisbedeckung im Vergleich zu heute sogar um 20 Prozent zu, am Nordpol wurden die aktuellen Ausmaße nicht ganz erreicht.

Die Wissenschaftler weisen zudem darauf hin, dass auch die Wahl der Meeresgebiete, an denen Wolken manipuliert werden, Einfluss auf die Ergebnisse hat. Das Fazit der Forscher: Mit Geoengineering lassen sich kaum alle Veränderungen infolge steigender Treibhausgasmengen zugleich kompensieren. Auch wenn man die mittlere Temperatur auf heutige Werte bringen könne, so komme es doch zu Veränderungen bei Niederschlägen, Eisbedeckung und Wassertemperaturen, schreiben die Forscher im Fachblatt "Environmental Research Letters".

"Wir glauben nicht, das Geoengineering eine nachhaltige Methode ist, um die Erderwärmung zu stoppen", sagt Rasch. Zum Beispiel werde die fortschreitende Versauerung der Ozeane infolge steigender CO2-Werte nicht gestoppt. "Geoengineering könnte nützlich sein, um einige Jahrzehnte Zeit zu gewinnen, aber es ist keine Dauerlösung." Insgesamt wisse man noch viel zu wenig darüber, das Thema müsse weiter intensiv erforscht werden.

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Fotostrecke
Geoengineering: Notoperation fürs Weltklima

Geo-Engineering
Pro und Contra
Wenn der Klimawandel dramatische Ausnahmen anzunehmen droht, bleibt als letzte Option wohl nur Geo-Engineering, sagen viele Forscher. Entweder man verringert die Sonneneinstrahlung auf der Erde, etwa durch Wolken oder Aerosole. Oder man filtert massenhaft CO2 aus der Atmosphäre und lässt es unter der Erde oder im Meer verschwinden. Doch so gut das auch klingt, Geo-Engineering ist umstritten.

Die einen warnen vor den Risiken und Nebenwirkungen menschlicher Eingriffe, die nur wenig erforscht sind. Die anderen fürchten, Geo-Engineering könnte die Menschheit dazu verleiten, andere Maßnahmen zum Klimaschutz gleich ganz bleiben zu lassen. Möglicherweise lässt sich mit den Eingriffen aber Zeit gewinnen. Geo-Engineering könnte für 10 oder 20 Jahre helfen, den Klimawandel zu bremsen. Um die eigentliche Aufgabe, den CO2-Ausstoß drastisch zu reduzieren, wird die Menschheit jedoch nicht herumkommen.
Mit Aeorosolen das Sonnenlicht dimmen
USGS / Cascades Volcano Observatory
Der Nobelpreisträger Paul Crutzen hat im Jahr 2006 eine Art Giftkur fürs Weltklima vorgeschlagen: Feinste Schwefelpartikel, ausgebracht in 10 bis 50 Kilometer Höhe, sollen das Sonnenlicht dämpfen. Um ein paar Prozent nur, aber das würde reichen, damit die Temperatur auf der Erde bis zum Ende des Jahrhunderts nur um zwei bis zweieinhalb Grad ansteigt.

Dass das Verfahren funktioniert, zeigte sich 1991 beim Ausbruch des Vulkans Pinatubo auf den Philippinen. Mehr als 20 Kilometer hoch wurde damals die Aschewolke geschleudert. Schwefeldioxide oxidierten zu genau jenen kleinen Schwefelsäure-Tröpfchen, die Crutzen nutzen will. Der Himmel verdunkelte sich ein ganz kleines bisschen, die Temperatur sank weltweit um 0,5 Grad. Atmosphärenforscher wissen inzwischen, dass der Schwefel die Ozonschicht stark schädigen könnte und denken deshalb über andere Aerosole nach. Der Charme der Methode ist aber, dass sie vergleichsweise billig umzusetzen ist. Ein US-Forscher hat ausgerechnet, dass Militärjets die mit Abstand billigste Variante sind, um Schwefelpartikel in den Himmel zu transportieren.
Ozeane mit Eisen düngen
AWI
Seit Wissenschaftler wissen, dass Eisensulfat Plankton dazu bringt, deutlich mehr CO2 zu binden als normalerweise, gilt die Düngung der Ozeane als mögliches Klimaschutzprojekt. Damit das Verfahren tatsächlich klappt, muss das Phytoplankton nach dem Absterben zum Meeresboden sinken - und möglichst lange dort verbleiben. Forscher halten das massenweise Verschütten von Eisen in die Ozeane allerdings auch für ein riskantes Experiment: Es könnte marine Ökosysteme radikal verändern. Zudem ergaben mehrere Experimente, darunter auch von deutschen Forschern im Südmeer, dass durch eine Düngung viel weniger Treibhausgas Kohlendioxid gebunden wird als angenommen.
Sonnenschirme im All
UA Steward Observatory
Wie aus einem Science-Fiction-Roman klingt der Vorschlag, einen gigantischen Spiegel im Weltall zwischen Sonne und Erde zu positionieren, der wie ein Sonnenschirm wirkt. 1992 wurden die Kosten für ein solches Projekt grob geschätzt: Man kam auf über hundert Milliarden Dollar, um die Sonnenstrahlung um ein Prozent zu verringern. In dieser Größenordnung sollen auch die globalen Kosten des Klimawandels pro Jahr liegen. Der Spiegel müsste in etwa die Größe Manhattans haben. Von der Erde aus wäre der Spiegel praktisch nicht erkennbar, höchstens als kleiner dunkler Fleck auf der Sonne.

Die Idee wurde an der University of Arizona weiterentwickelt: Ein 100.000 Kilometer langen Schweif aus 16 Billionen Scheibchen soll im All schweben. Jedes Scheibchen soll aus transparentem Kunststoff bestehen, 60 Zentimeter groß und nur ein Gramm schwer sein. Der Effekt: Die Sonneneinstrahlung würde um 1,8 Prozent sinken.

Für die Idee eines wie auch immer aufgebauten Sonnenschirms im All spricht, dass er keine chemischen Eingriffe in die Atmosphäre erfordert, deren Folgen schwer abzusehen sind. Theoretisch ließe sich der kosmische Sonnenschutz auch wieder abbauen. Allerdings sind Klimaexperten skeptisch, ob die Idee wegen der enorm hohen Kosten praktikabel ist.
Die Wolken aufhellen
DPA
Hunderte Geisterschiffe sollen auf den Ozeane rund um die Uhr Meerwassertropfen in die Luft blasen, die Kondensationskeime bilden. Erhoffter Effekt: hellere Wolken, die mehr Sonnenstrahlung zurück ins All reflektieren und so abkühlend wirken. Die Idee besticht durch ihre verblüffend niedrigen Kosten: Nicht einmal hundert Millionen Euro pro Jahr soll die Flotte aus Roboterschiffen kosten, die ihre Energie aus dem Wind beziehen. Statt mit Segeln sollen die Boote mit sogenannten Flettner-Rotoren bestückt werden.
Künstliche Bäume (Air Capture)
Institution of Mechanical Engineers
In Kohlekraftwerken der Zukunft soll das klimaschädliche CO2 aufgefangen und unterirdisch gespeichert werden (Carbon Capture and Storage -: kurz CCS). Künstliche Bäume arbeiten im Prinzip genauso, nur dass sie das CO2 nicht aus Abgasen, sondern direkt aus der Atmosphäre herausfiltern (Air Capture). Das ist aufwendiger und auch deutlich teuerer als CCS. Doch mit Air Capture lässt sich auch schon vor Jahren emittiertes CO2 nachträglich wiedereinfangen, was mit CCS nicht möglich ist. Ein künstlicher Baum soll nach Angaben britischer Forscher etwa 20.000 Dollar kosten und könnte zehn Tonnen CO2 pro Tag absorbieren. In ganz Großbritannien müssten 100.000 derartige Bäume aufgestellt werden, um sämtliches CO2 aufzufangen, das vom Verkehr der Insel stammt.
Bäume anpflanzen, verbrennen, CO2 auffangen
DPA
CO2 aus der Luft holen - das beherrschen natürlich nicht nur teure Anlagen, sondern auch Wälder. Man müsste den in Holz einlagerten Kohlenstoff nur noch dauerhaft speichern - fertig wäre das natürliche Geo-Engineering. Forscher haben vorgeschlagen, das Holz nicht mit großem Aufwand zu lagern, sondern einfach zu verbrennen. Das dabei entstehende CO2 wird dann aufgefangen und unterirdisch gespeichert (CCS). Diese Geo-Engineering-Variante würde nicht nur analog zu Air Capture die CO2-Konzentration der Atmosphäre senken, sondern nebenbei auch Energie produzieren. Freilich gibt es auch beim gezielten Holzverbrennen Probleme. So könnten neu angepflanzte Wälder auf der Nordhalbkugel die Erdoberfläche zusätzlich verdunkeln. Folge: Es wird mehr Wärmestrahlung der Sonne absorbiert, die Temperaturen steigen.


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