„Hier ist das Problem“, sagt Bjorn Stevens und klopft mit dem Handrücken auf die Leinwand. Der Beamer wirft eine Zickzacklinie darauf, durch die sich eine ansteigende Gerade zieht. Es ist diese Gerade, die in der Klimaforschungs-Community für steigende Nervosität sorgt.
Was sie abbildet: Die Erde absorbiert zunehmend mehr Energie, als sie wieder abgibt. Das ist angesichts des Klimawandels noch keine Überraschung. Wohl aber, dass sich die Rate, mit der sich Energie im Erdsystem ansammelt, seit zwanzig Jahren verdoppelt hat. Stevens, 59, mit schulterlangen Haaren und Lederjacke, wirkt eigentlich nicht, als wäre er leicht aus der Ruhe zu bringen. Aber die Zahlen machen ihm zu schaffen. „Da muss etwas falsch sein“, sagt er. „Ich meine, das ist ein galoppierender Klimawandel! Aber unser Planet explodiert ja nicht, richtig?“
Er blickt in die konzentrierten Gesichter von rund drei Dutzend Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, als er das sagt. Es ist ein exklusiver Kreis, der sich für eine Woche auf Schloss Ringberg am Tegernsee zurückgezogen hat. Die Atmosphären-, Ozean- und Wolkenfachleute sitzen paarweise an den Tischen, wie in der Schule. Viele treffen sich zum ersten Mal, viele haben sich erst mal nach Nationen gruppiert: Japan und China rechts, Skandinavien in der Mitte und Frankreich links. Dazwischen Deutsche, Briten, Amerikaner.
Bjorn Stevens, Klimaforscher vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg, hat die Veranstaltung geplant und die Teilnehmenden nach Bayern eingeladen – größtmögliche Expertise, um einem Rätsel von weltumspannender Tragweite auf die Schliche zu kommen: Warum scheint die Energiebilanz auf der Erde gerade aus dem Lot zu geraten? „Es ist einfach nicht okay, dass wir das nicht verstehen“, sagt Stevens.
Das Energieungleichgewicht (N)
Zwei altersschwache Satelliten kreisen um die Erde. Von Jahr zu Jahr sacken sie weiter ab. „Terra“ und „Aqua“ haben ihre errechnete Lebensdauer längst überschritten, aber auch nach mehr als zwanzig Jahren tasten ihre dreikanaligen Radiometer täglich einen Streifen von Pol zu Pol ab, messen die ein- und ausgehende Strahlung sowie Eigenschaften der Wolken.
Einmal im Monat kontrolliert Norman Loeb die Ceres-Messungen. Das englische Kürzel steht für „Wolken und das Strahlungsenergiesystem der Erde“. Der Nasa-Forscher hat die Algorithmen zur Datenauslese selbst entwickelt. Sie erlauben einen umfassenden Blick auf den Klimawandel: Nicht nur die Temperatur auf der Erdoberfläche wird erfasst, sondern der gesamte Energiefluss zwischen Luft, Erde, Eis und – ganz besonders wichtig – den Ozeanen.
Über die Jahre sah Loeb seiner „schönen Datenreihe“ beim Wachsen zu. Als er vor gut 15 Jahren in seinem Büro im Nasa-Forschungszentrum in Hampton, Virginia, die neuesten Messungen aufrief, stellte er fest, dass die Werte aus dem Schwankungsbereich herausgefallen waren, den die Modelle vorausgesagt hatten. Loeb war baff. Er rechnete nach. Kein Fehler. Also nur ein Ausreißer? „Ich hoffte einfach, dass sich alles von allein normalisieren würde“, erzählt der 59-Jährige.
Doch stattdessen wichen die Messwerte von Jahr zu Jahr mehr von den Projektionen ab: Das Ungleichgewicht des globalen Strahlungshaushalts hatte sich gegenüber der ersten Dekade des Jahrhunderts mehr als verdoppelt.
Im Jahr 2023 machte es einen weiteren Sprung – und erreichte ein Allzeithoch von 1,8 Watt pro Quadratmeter. Dem Klimasystem wurde pro Sekunde so viel Energie zugeführt, als würde ein Dutzend Hiroshimabomben detonieren. In jenem Jahr heizten sich die Ozeane so auf und der Meeresspiegel stieg so stark an wie nie seit Beginn der Messungen. Die Schweizer Gletscher verloren vier Prozent ihres Volumens. Das Meereis rund um die Antarktis zog sich mehr denn je zurück. In weiten Teilen der Welt gab es Extremwetter. Das natürliche Klimaphänomen El Niño, das alle paar Jahre Wetterkapriolen auslöst, konnte nur einen Teil davon erklären.
Auch eineinhalb Jahrzehnte nach Loebs Entdeckung hat die Wissenschaft keine plausible Begründung für den unerwartet starken Anstieg des Energieungleichgewichts gefunden.
Der Strahlungsantrieb (F)
Dass der Energiehaushalt der Erde durch den Anstieg der Treibhausgase aus der Balance gerät, ist das Kernproblem des Klimawandels: Während unverändert kurzwellige Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche trifft und sie erhitzt, wird die langwellige Wärmestrahlung, die Landmassen und Meere daraufhin wieder abgeben, verstärkt in der Atmosphäre zurückgehalten.
Doch seit zwanzig Jahren absorbiert die Erde auch immer mehr kurzwellige Sonnenstrahlung, was Bjorn Stevens mal „verrückt“, mal „interessant“ nennt, je nachdem, wie viel wissenschaftliche Distanz er gerade aufbringt. Die Erde erhitzt sich seither doppelt so schnell wie es Klimamodelle vorausberechnet hatten. Irgendwas, irgendein entscheidender Faktor, musste der Wissenschaft entgangen sein. Nur welcher?
Ein plausibler Kandidat: ein Rückgang der Staubpartikel in der Atmosphäre. Denn Luftverschmutzung aus Schloten und Auspuffrohren wirkt dem Klimawandel entgegen. Sogenannte Aerosole reflektieren Sonnenstrahlen ins All, ehe sie auf die Erde treffen, und tragen dazu bei, dass sich Wolken bilden. Beides kühlt das Weltklima.
Als aber erst Europa und Nordamerika und dann auch China die Luftverschmutzung eindämmten, klappten sie damit den Sonnenschirm ein. Im Jahr 2007 schien – global gesehen – der Scheitelpunkt erreicht, weil Kraftwerks- und Verkehrsabgase besser gefiltert wurden. Die Luft klarte auf, es drang mehr Energie ungehindert ins Erdsystem – so lautet eine mögliche Erklärung für das Rätsel der beschleunigten Erwärmung.
Im Konferenzraum von Schloss Ringberg steht ein Mann mit sonnengebräuntem Gesicht, der zu einem anderen Ergebnis kommt. „Die Menge der Aerosole verändert sich global gesehen kaum, der Trend geht gegen null“, sagt der Atmosphärenforscher Brian Soden von der Universität Miami. Zwar sei die Luft auf der Nordhalbkugel insgesamt sauberer geworden – auf der Südhalbkugel aber hätten im gleichen Zeitraum Waldbrände und Vulkanausbrüche die Luft eingetrübt und so den Rückgang der Aerosole im Norden ausgeglichen.
Die Gruppe klopft die Ergebnisse ab, spielt die Argumente durch, einige äußern Widerspruch. Ein Pingpongspiel. Erkennt jemand, dass er an einer Stelle falsch liegt, gibt er das umstandslos zu, oft nur mit einem Nicken. Niemand tuschelt oder schwatzt. Die Medienbeauftragte des Max-Planck-Instituts und der Reporter werden als „die zwei Anomalien im Raum“ vorgestellt. Nichts soll von der Aufgabe ablenken.
Die Aerosolfrage bleibt umstritten, im Schloss werden auch Datensätze präsentiert, die einen höheren Anteil der Staubreduktion am rätselhaften Trend des Energieungleichgewichts vermuten lassen, bis zu einem Drittel. Aber eine Hauptrolle, da ist man sich einig, spielen sie offenbar nicht.
„Wenn ihr Beitrag tatsächlich klein ist, dann ist das Problem größer, als man denkt“, konstatiert Bjorn Stevens. Denn dann müsste des Rätsels Lösung im Klimasystem selbst zu finden sein. Thorsten Mauritsen, ein Physiker und Meteorologe der Universität Stockholm mit Glatze und Hornbrille, spricht das Worst-Case-Szenario aus: „Das System könnte einen instabilen Punkt erreicht haben, und das wäre verheerend.“
Die Strahlungsreaktion des Systems (R)
Am Morgen des dritten Tags schneit es, später zieht Nebel auf und verhüllt die Berge. Die Wissenschaftler verteilen sich in Arbeitsgruppen übers Schloss.
Im zweiten Stock des Hauptgebäudes, den man über eine Wendeltreppe erreicht, prüft eine Gruppe, ob Loebs Messungen einen Fehler enthalten könnten. In einem anderen Seitenflügel, im Blauen Salon, spielt eine Gruppe Theorien durch, füllt eine Tafel mit Formeln, von denen die für das Energieungleichgewicht noch einfach wirkt: N = F + R. Dabei steht F für den Klimaantrieb durch Treibhausgase und Aerosole, also ob mehr oder weniger Energie ins System kommt. R steht für die Fähigkeit der Erde, zusätzliche Energie wieder abzustrahlen.
Beim genauen Blick in die Formel tun sich Abgründe auf. Das Problem: Es gibt Schätzungen für jeden dieser Terme, doch diese Zahlen passen nicht zusammen. Nähme man sie für bare Münze, dann wäre N ähnlich groß wie F – für R bliebe kaum Raum. Was bedeuten würde, dass die Erde seit zwanzig Jahren den rasch wachsenden Energieüberschuss gar nicht mehr ausgleichen kann.
Das könnte mit schwebenden Gebilden zu tun haben, die wieder einen Raum weiter – im Roten Salon – genau unter die Lupe genommen werden. Als die Gruppe dort ihre Laptops aufklappt, erscheinen als deren Hintergrundbilder mal bauschige Kumuluswolken, mal faserige Zirruswolken.
Auf einer Tafel listen die Forschenden Wolkensysteme nach ihren Klimazonen auf und weisen ihnen ihren Anteil am Energieungleichgewicht zu. Das gleiche geschieht mit den Eisflächen. Beides ergibt das Inventar der natürlichen Rückkopplungen im Klimasystem.
Vor ein paar Jahren sah sich eine Forschungsgruppe um Norman Loeb die Ceres-Daten genauer an, die auch Wolkeneigenschaften umfassen. Was ihnen auffiel: Die Oberfläche der Ozeane und Kontinente hat sich in den vergangenen zwei Jahrzehnten verdunkelt. Sie reflektiert weniger Sonnenlicht, der sogenannte Albedoeffekt nimmt ab. Das brachte den Energiehaushalt maßgeblich aus der Balance.
Beim Albedoeffekt denken viele erst mal ans Eis: Verschwinden etwa im Nordpolarmeer riesige weiße Flächen, entblößen sie dunkles Wasser, das nun mehr Sonnenstrahlen absorbiert und sich verstärkt aufheizt. Das kurbelt die Erderwärmung weiter an – ein Rückkopplungseffekt. Eine noch größere Rolle als das Meereis aber spielen Wolken, die Licht ins All reflektieren, sodass es gar nicht erst die Erde erreicht.
Doch allein die Wolkenbedeckung entlang der drei großen Sturmbänder rund um den Globus hat seit der Jahrtausendwende um 1,5 bis 3 Prozent pro Jahrzehnt abgenommen. Das hat Loebs Nasa-Kollege George Tselioudis herausgefunden – dank der Ceres-Daten. In der Folge gelangt mehr Sonnenenergie bis zur Erde, die sich entsprechend stärker aufheizt.
Warum schrumpfen die Wolken? Der Rückgang der Luftverschmutzung könnte ein Grund sein. Ein anderer: natürliche Schwankungen. Möglich – und besonders beunruhigend – ist jedoch auch eine Rückkopplung im Klimasystem selbst: Erwärmen sich Atmosphäre und Oberfläche der Ozeane, lösen sich tief hängende Wolken schneller auf, woraufhin die dunklere Meeresoberfläche mehr Sonnenlicht absorbiert und es noch wärmer wird. Solch ein Prozess hat vor Kalifornien, Peru und Chile bereits eingesetzt, vermuten manche Forschende, dort, wo Haufenschichtwolken riesige Ozeangebiete bedecken. Auch wenn sie sich nur ein wenig lichten, könnte das die Erderhitzung spürbar beschleunigen.
„Kaffee?“, fragt Stevens, schenkt eine Tasse ein und blickt durch die geöffnete Flügeltür auf die Terrasse. Seit mehr als zwanzig Jahren beschäftigt er sich mit Wolken. Er gehörte immer zu denen, die eher abwiegelten, wenn mal wieder ein Klimaforscher warnte, dass Wolken uns noch große Probleme bescheren werden. Er nahm an, dass sie sich nicht allzu sehr ändern würden. „Das war vielleicht falsch“, grübelt er.
Sollte sich der Wolkenschwund immer mehr verstärken, hätte das „große Implikationen“, sagt er. Es könnte bedeuten, dass das Klima viel sensibler auf eine Verdopplung des CO₂-Gehalts reagiert: Statt bei zweieinhalb bis vier Grad mehr könnten sich die Temperaturen bei plus vier bis acht Grad oder sogar noch höher einpendeln. Das wäre zwar noch kein „davongaloppierender“ Klimawandel, der irgendwann die Ozeane verdampfen ließe, wie ihn Stevens zu Beginn der Konferenz theoretisch in Betracht gezogen hatte. Aber dennoch: Eine derart erhitzte Welt ließe sich kaum „beherrschen“. „Wir haben gedacht, solch ein Szenario ausschließen zu können“, sagt Stevens. „Aber wir können es nicht.“
Ausgerechnet jetzt, da das Klima verrücktspielt, steht mit dem Ceres-Projekt der Nasa das einzige Messprogramm auf der Kippe, das Antworten liefern könnte. Zwar lehnte der US-Kongress im Januar die brutalsten Kürzungspläne von Präsident Trump bei der Erdwissenschaft der Nasa ab. Dennoch wird die Satellitenüberwachung des globalen Strahlenhaushalts in den nächsten Jahren ausgedünnt. Terra, Aqua und später hinzugekommene Satelliten mit Ceres-Instrumenten an Bord werden nach und nach ihren Dienst einstellen. Ende 2027 soll stattdessen Libera in den Orbit geschossen werden und die Messungen fortsetzen, ein einzelner Satellit. Ein hohes Risiko, findet Norman Loeb: Ein Fehler oder Ausfall, und seine „schöne Datenreihe“ wäre unterbrochen. Die Menschheit wäre im Blindflug durch die Klimawirren unterwegs.
Der Pattern-Effekt
Doch da ist etwas, das die vertrackte Formel des Energieungleichgewichts wieder aufgehen lassen könnte, ohne dass gleich die Apokalypse droht. Ein Joker, der erst seit wenigen Jahren bekannt ist.
„Was uns beruhigt, ist der Pattern-Effekt“, sagt Maria Rugenstein von der Colorado State University, die Stevens am Kaffeetisch abgelöst hat. Eine Mittdreißigerin, die vorsichtig formuliert und führend in der theoretischen Modellierung des genannten Effekts ist. Hoffnung macht ihr die Tatsache, dass sich die Erde nicht überall gleich stark erwärmt. Die Landmassen der Kontinente heizen sich schneller auf als die Meeresoberflächen. Selbst in ein und demselben Ozean herrschen unterschiedliche Erwärmungsmuster. Das beeinflusst, wie sehr sich die Erde insgesamt erwärmt.
So stiegen seit den 1980er-Jahren im Westpazifik die Temperaturen, während sich der Ostpazifik überraschenderweise leicht abkühlte. Dieses Muster regte die Bildung tiefliegender Haufenschichtwolken über dem Ostpazifik an. Gerade sie kühlen das Klima so gut wie keine anderen.
Und weil sie sich – natürlicherweise – vermehrten, dämpften sie die Erderwärmung. „In den vergangenen vierzig Jahren haben wir uns viel weniger erwärmt, als es bei einem anderen Wärmemuster der Oberflächen der Fall gewesen wäre“, sagt Rugenstein. Statt bei gut einem Grad hätte man auch schon bei zwei Grad liegen können. Diese „Glücksphase“ habe der Menschheit Aufschub gewährt.
Seit mehr als zehn Jahren zeichnet sich aber eine Umkehr des Musters ab: Nun erwärmen sich auch Teile des Ostpazifiks und des Südlichen Ozeans. Das könnte die Abnahme der Wolken und den unvorhergesehenen Trend im Energieungleichgewicht erklären. Es wäre das Beste aller Szenarien, denn der zusätzliche Hitzeschub wäre nur vorübergehend – bis das Muster wieder zurück in die „kältere“ Phase schwenkt.
Eines gibt der Fernerkundungs- und Ozeanexperte Benoit Meyssignac von der Universität Toulouse aber zu bedenken: „Selbst wenn es sich um interne Variabilität handelt, reden wir von Zeitskalen von 15 bis 25 Jahren. Das heißt, wir sind für einen langen Zeitraum auf die warme Phase festgelegt.“ Er schaut ernst. „Wir reden hier über etwas, das negative Auswirkungen haben wird. Signifikante.“ Denn es würde bedeuten, dass selbst in diesem Szenario einige Zehntelgrad an zusätzlicher Erwärmung unvermeidlich wären. Das Pariser Klimaziel von maximal zwei Grad, mit dem die schlimmsten Katastrophen verhindert werden sollen, wäre praktisch unerreichbar.
Am vorletzten Tag der Konferenz schultern die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Rucksäcke und treten aus dem Schlosstor heraus. Sie wandern die Serpentinen hinab und diskutieren weiter über Aerosole und den Pattern-Effekt. Auch als sie das Tal erreichen und der Tegernsee malerisch vor ihnen liegt. Ihre Gedanken sind weit weg.
Bjorn Stevens führt die Gruppe nach Rottach-Egern. Er ist guter Dinge. „Wir sehen jetzt klarer“, sagt er. Vielleicht habe man einfach den Pattern-Effekt unterschätzt. Dann wäre „alles in Ordnung“, sagt er – und bezieht sich damit auf die Formel des Energieungleichgewichts.
Seine ganze Karriere lang hat Stevens Hypothesen darüber verfasst, wie sich Klima und Wolken künftig verhalten. Mit den Ceres-Messungen liegt ein Datenschatz vor, mit dem sich eine drängende Frage beantworten lassen könnte. Doch Daten allein geben noch keine Antworten. Dafür braucht es analytisches Know-how und detektivisches Gespür.
Stevens sagt, die Zusammenkunft am Tegernsee sei ein erster Versuch, die Sache ähnlich wie eine Raumfahrtmission anzugehen: Man hat ein Ziel, versammelt die klügsten Köpfe im Fach und arbeitet wissenschaftlich darauf hin. Vergleichbar mit dem legendären Manhattan-Projekt zum Bau der ersten Atombombe, um den Deutschen zuvorzukommen.
Die Gruppe bleibt vor einem Kiosk stehen. „Wer will Schnaps?“, ruft Stevens. Thorsten Mauritsen hebt die Hand. Während Stevens im Laden verschwindet, sagt der Däne ruhig: Er erwarte ja, dass die so provokant steigende Gerade des Energieungleichgewichts bald wieder abflache und sich das System etwas stabilisiere.
Lagen die Modelle beim Pattern-Effekt oder den Aerosolen falsch, werde zwar alles erst mal „etwas schlimmer kommen als gedacht“. Doch immerhin sei es nicht das Ende der Welt. Dennoch wirkt Mauritsen nachdenklich. „Es bleibt diese nagende Ungewissheit, ob wir etwas übersehen haben“, sagt er. „Ist nur eine Winzigkeit falsch, hätte das große Konsequenzen.“
