Albedo-Effekt

Ausführlich erklärt

Wie viel die Erde zurückwirft

Die NASA gibt für die Erde eine Albedo von 0,294 an. Nach ihrer Auswertung des Energiehaushalts werden etwa 29 Prozent des einfallenden Sonnenlichts von Wolken, Partikeln in der Luft und hellen Flächen wie Schnee und Meereis ins All zurückgeworfen. Weitere 23 Prozent nimmt die Atmosphäre auf, 48 Prozent erreichen die Oberfläche. Der IPCC-Bericht von 2021 rechnet ebenfalls mit einem Wert um 0,29. Das Glossar des IPCC nennt für Schnee und Eis Werte bis etwa 0,8. Die Gesamt-Albedo verändert sich laut IPCC hauptsächlich durch Wolken, Schnee, Eis, Blattfläche und Landbedeckung.

Eine Änderung am Boden schlägt nicht eins zu eins durch. Laut IPCC verringern Atmosphäre, Streuung und Absorption die Wirkung einer geänderten Oberflächen-Albedo auf die Albedo des gesamten Planeten um etwa zwei Drittel.

Die Eis-Albedo-Rückkopplung

Im heutigen Klima stammen die mit Abstand größten Beiträge zur Albedo-Rückkopplung laut IPCC aus Meereis und saisonaler Schneedecke, weil beide stark reflektieren und nahe am Schmelzpunkt liegen. Für den Zeitraum 1979 bis 2008 ermittelten Flanner et al. (2011) aus Satellitendaten, wie der IPCC berichtet, für die Nordhalbkugel einen Beitrag von 0,48 Watt pro Quadratmeter und Grad Erwärmung zum globalen Wert, ungefähr je zur Hälfte aus Schneebedeckung an Land und Meereis. Der IPCC bewertet die globale Rückkopplung als positiv und gibt mit hoher Sicherheit einen Wert von 0,35 Watt pro Quadratmeter und Grad an, wahrscheinlich zwischen 0,25 und 0,45. Das heißt: Mit jedem Grad globaler Erwärmung nimmt die Erde zusätzlich rund 0,35 Watt pro Quadratmeter Sonnenenergie auf.

Was in der Arktis gemessen wurde

Perovich et al. (2007) kombinierten Satellitendaten zur Eisbedeckung, Strahlungsdaten und Feldmessungen. Zwischen 1979 und 2005 nahm die in den oberen Meeresschichten abgelagerte Sonnenwärme in 89 Prozent der untersuchten Region zu, im Tschuktschensee um bis zu 4 Prozent pro Jahr. Pistone, Eisenman und Ramanathan (2014) werteten Satellitenmessungen aus und kamen für die gesamte Arktis auf einen Rückgang der Albedo von 0,52 auf 0,48 zwischen 1979 und 2011. Das entspricht 6,4 Watt pro Quadratmeter zusätzlicher Sonnenenergie in der Arktisregion. Auf die ganze Erde umgerechnet sei das ein Antrieb von etwa einem Viertel dessen, was die CO2-Zunahme im selben Zeitraum bewirkte, deutlich mehr als Modelle und frühere Schätzungen erwarten ließen. Wolkenänderungen spielten laut der Studie kaum eine Rolle.

Zur Entwicklung des Eises selbst: Die arktische Meereisfläche ging laut IPCC zwischen 1979 bis 1988 und 2010 bis 2019 im September um rund 40 Prozent und im März um rund 10 Prozent zurück, sehr wahrscheinlich hauptsächlich durch menschlichen Einfluss. Der IPCC stellt fest, dass die Arktis im Jahresdurchschnitt 2011 bis 2020 die kleinste Meereisfläche seit mindestens 1850 hatte, im Spätsommer vermutlich seit mindestens 1.000 Jahren (mittlere Sicherheit). Für die Antarktis zeigt sich dagegen von 1979 bis 2020 kein signifikanter Trend, weil sich regionale Gegentrends und natürliche Schwankungen überlagern. Die NOAA beziffert den Rückgang des Meereises am Ende des Sommers zwischen 1979 und 2024 auf 12,1 Prozent pro Jahrzehnt, bezogen auf den Mittelwert von 1981 bis 2010.

Erklärt der Albedo-Effekt die schnelle Erwärmung der Arktis?

Nur zum Teil. Rantanen et al. (2022) fanden, dass sich die Arktis zwischen 1979 und 2021 fast viermal so schnell erwärmte wie die Erde im Mittel, mehr als meist angegeben. In Klimamodellen ist ein so hoher Wert ein äußerst seltenes Ergebnis. Der IPCC nennt die Albedo-Rückkopplung als einen von mehreren Gründen, neben der Rückkopplung der Temperaturschichtung der Luft und dem Energietransport in die Arktis. Idealisierte Modellstudien deuten zudem darauf hin, dass sich die Pole auch ohne diese Rückkopplungen stärker erwärmen würden. Nach dem IPCC ist die Arktis in allen fünf betrachteten Szenarien wahrscheinlich vor 2050 im September mindestens einmal praktisch eisfrei, das heißt unter einer Million Quadratkilometer Meereisfläche.

Landnutzung, Ruß und Staub

Auch menschliche Eingriffe verändern die Albedo. Laut IPCC ersetzt Entwaldung typischerweise dunklere Wälder durch hellere Äcker und wirkt dadurch kühlend, Aufforstung kann das Gegenteil bewirken. Der IPCC schätzt den gesamten Strahlungsantrieb durch Landnutzungsänderungen, Albedo und Bewässerung zusammen, auf minus 0,20 Watt pro Quadratmeter für 1750 bis 2019, bei mittlerer Sicherheit. Zum Vergleich: Für CO2 beträgt er plus 2,16 Watt pro Quadratmeter. Die Treibhausgasemissionen durch Landnutzung wirken laut IPCC am stärksten, sie sind in den Emissionsbilanzen schon enthalten. Im hohen Norden gilt: Wandelt sich Tundra durch die Erwärmung zu Wald, verstärkt die dunklere Fläche die Erwärmung (hohe Sicherheit).

Ruß und Staub auf Schnee und Eis senken dort die Albedo. Der IPCC verweist auf den Sonderbericht zu Ozean und Kryosphäre: Mit hoher Sicherheit beschleunigt die Verdunkelung die Schneeschmelze.

Albedo gezielt verändern: Geoengineering

Einige Vorschläge des Geoengineerings setzen an der Albedo an. Der IPCC unterscheidet Aerosole in der Stratosphäre, hellere Meereswolken und oberflächennahe Maßnahmen wie weiße Dächer. Die Tabelle im Bericht nennt für stratosphärische Aerosole ein Potenzial von 1 bis 8 Watt pro Quadratmeter Kühlung, für hellere Meereswolken 1 bis 5, für weiße Dächer und hellere Pflanzen weniger als 0,5. Als mögliche Nebenwirkungen führt er veränderte Niederschläge, eine mögliche Verzögerung der Erholung des Ozonlochs und Folgen für Ernten an. Eine ausgereifte Technik gibt es laut IPCC bislang nicht, und er sieht diese Verfahren nur als mögliche Ergänzung zu tiefgreifendem Klimaschutz. Ein plötzliches und dauerhaftes Ende solcher Maßnahmen würde laut IPCC mit hoher Sicherheit zu schnellem Klimawandel führen, ein allmähliches Auslaufen in Kombination mit Emissionsminderung dagegen nicht.

Albedo verstärkt, was die Treibhausgase anstoßen: Je mehr Eis verschwindet, desto weniger Wärme wird zurückgeworfen.

Kerngedanke

Quellen: IPCC (2021): AR6 Working Group I, Kapitel 7, The Earth’s Energy Budget, Climate Feedbacks and Climate Sensitivity / IPCC (2021): AR6 Working Group I, Kapitel 4, Future Global Climate / IPCC (2021): AR6 Working Group I, Summary for Policymakers / IPCC (2021): AR6 Working Group I, Annex VII, Glossar / Pistone, Eisenman und Ramanathan (2014): Observational determination of albedo decrease caused by vanishing Arctic sea ice (PNAS) / Perovich et al. (2007): Increasing solar heating of the Arctic Ocean and adjacent seas, 1979-2005 (Geophysical Research Letters) / Rantanen et al. (2022): The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979 (Communications Earth and Environment) / NASA Earth Observatory: Climate and Earth’s Energy Budget / NASA: Earth Fact Sheet / NOAA Climate.gov: Climate Change, Arctic sea ice summer minimum