Neues Rechenmodell: So beeinflussen Sonnenflecken das Weltklima

Potsdam - Etwa alle elf Jahre bietet unsere Sonne einen ganz besonderen Anblick. Dann finden sich auf ihrer Oberfläche so gut wie keine Sonnenflecken - genau so, wie es auch derzeit der Fall ist. Wer sich aktuelle Aufnahmen der Sonde "Soho" - sie ist ein Gemeinschaftsprojekt von Nasa und Esa - ansieht, findet darauf keinen einzigen dunklen Bereich. Dass der Zyklus der Sonnenflecken auch die natürliche Klimavariabilität der Erde beeinflusst, gilt als einigermaßen unstrittig. Zum Beispiel im Bereich des Pazifiks ändern sich Wassertemperaturen und Niederschlag entsprechend der Sonnenaktivität. Wie das genau passiert, darüber wissen Forscher aber noch vergleichsweise wenig.

Innerhalb des Sonnenfleckenzyklus variiert - über das gesamte Spektrum betrachtet - die von der Sonne abgestrahlte Energie um gerade einmal 0,1 Prozent. Oder anders ausgedrückt: Innerhalb der elf Jahre schwankt die Strahlungsleistung unseres Zentralgestirns um gerade einmal 0,2 Watt pro Quadratmeter Erdfläche. Um die beobachteten Folgen für das Weltklima hervorzurufen, wäre aber eigentlich eine maximale Änderung um 0,5 Watt pro Quadratmeter nötig.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern um Gerald Meehl vom National Center for Atmospheric Research in Boulder (US-Bundesstaat Colorado) stellt nun im Fachmagazin "Science" ein Computermodell vor, das erklärt, wie es trotzdem zu größeren Effekten auf das Klima der Erde kommen kann. "Es gibt zwei Effekte, die wir erstmals in einem Modell kombiniert haben", sagt Katja Matthes vom Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam (GFZ). Die Meteorologin ist eine der Autorinnen des Papers und beschreibt im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE, wie beide Prozesse zusammenwirken:

• Der erste Effekt funktioniert sozusagen von oben nach unten ("Top-Down-Prozess"): In der Stratosphäre beeinflusst demnach die Veränderung der Sonnenaktivität die Bildung von Ozon. Das liegt unter anderem daran, dass sich im UV-Bereich die Strahlungsleistung im Verlauf des Zyklus sehr wohl merklich ändert - und zwar um fünf bis acht Prozent. Durch stärkere Absorption der UV-Strahlung an stratosphärischem Ozon wird es beim Sonnenfleckenmaximum in der Stratosphäre vor allem in den Tropen wärmer. Dadurch entstehende Temperaturdifferenzen verändern die Zirkulation in der Stratosphäre und beeinflussen so wiederum die Troposphäre, insbesondere die Muster der sogenannten Hadley- und Walker-Zirkulation. In den Tropen verändern sich dadurch die Niederschlagsmuster.
• Der zweite Effekt wirkt genau in der umgekehrten Richtung ("Bottom-Up-Prozes"): Die gesteigerte Sonnenaktivität sorgt für mehr Verdunstung in den wolkenfreien Regionen der Subtropen. Die erhöhte Feuchtigkeit wird dann durch verstärkte Passatwinde zur sogenannten Innertropischen Konvergenzzone am Äquator gebracht und sorgt dort für stärkere Niederschläge. Dadurch ändern sich einmal mehr Hadley- und Walker-Zirkulation, und es kommt zu geringeren Wassertemperaturen im östlichen Pazifik und geringerer Wolkenbildung. Dadurch kann wiederum mehr Strahlung von der Sonne auf die Meeresoberfläche treffen. Der Effekt verstärkt sich selbst, die Forscher sprechen von eienm positiven Feedback.

Das Wissenschaftlerteam um Meehl rechnete zunächst ein Modell, in dem lediglich der Einfluss der Sonne auf den Ozean betrachtet wurde - und dann eines, das Änderungen nur in der Stratosphäre vorsah. "Aber erst, wenn man beide kombiniert, dann lassen sich die Beobachtungen auf der Erde erklären", sagt Katja Matthes. "Um den gesamten physikalischen Mechanismus zu verstehen, braucht es aber noch viele Studien", schränkt die Forscherin ein.

Klimawandelskeptiker dürften sich von der neuen Studie kaum überzeugen lassen. Sie glauben, dass Veränderungen der Sonne an steigenden Temperaturen Schuld sind und nicht etwa erhöhte CO2-Werte in der Atmosphäre. Zuletzt kam es im April in Wien auf dem Jahrestreffen der European Geosciences Union zu einem heftigen Streit um Sonnenzyklen und ihren Einfluss auf das Weltklima.