Der unsichtbare Motor des Klimawandels | Terra-X-Kolumne
Kolumne
Terra X - die Wissens-Kolumne:Wie der Wasserkreislauf außer Kontrolle gerät
von Axel Kleidon
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Mehr Trockenheit und Dürren, mehr Starkregen und Hochwasser - wie kann all das Folge der globalen Erwärmung sein? Die Physik zeigt, warum der Wasserkreislauf extremer wird.
Der Wasserkreislauf der Erde gestaltet unser Klima aktiv mit, denn er hat viel mit Energie und Bewegung zu tun. Die Energie erhält der Wasserkreislauf aus der Verdunstung - ein Prozess, der für uns unsichtbar, aber kontinuierlich vorangeht. Verdunsten von Wasser braucht sehr viel Energie. Das merken wir, wenn wir Wasser in einem Topf auf dem heißen Herd komplett verdampfen wollen - es dauert sehr lange.
In der Terra-X-Kolumne auf ZDFheute beschäftigen sich ZDF-Wissenschaftsjournalistinnen und -journalisten wie Harald Lesch, Mirko Drotschmann und Jasmina Neudecker sowie Gastexpert*innen jeden Sonntag mit großen Fragen der Wissenschaft - und welche Antworten die Forschung auf die Herausforderungen unserer Zeit bietet.
Für die Verdunstung kommt diese Energie überwiegend aus der Erwärmung durch Sonnenlicht. Auf globaler Skala geht etwa die Hälfte des absorbierten Sonnenlichts in die Verdampfung. Ein anderer Teil der Energie erwärmt Luft, die dann aufsteigt und das verdunstete Wasser mitnimmt. Über Land kann Verdunstung natürlich nur stattfinden, wenn dort überhaupt genug Wasser vorhanden ist.
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Deutschland wird trockener
Durch den verstärkten Treibhauseffekt gibt es mehr Energie an der Erdoberfläche. Deswegen wird es wärmer, es kann mehr verdunsten. Diese Erwärmung verschiebt zusätzlich die Aufteilung hin zu mehr Verdunstung und weniger Auftrieb.
In Deutschland ist diese potenzielle Rate der Verdunstung in den letzten 30 Jahren erheblich gestiegen. Der Niederschlag schwankt zwar stark und zeigt keinen klaren Trend. Trockenheit entsteht aus dem Verhältnis von beiden. Und weil Verdunstung eine klare Zunahme zeigt, Niederschlag aber nicht, ist Deutschland in den letzten 30 Jahren kontinuierlich trockener geworden.
Mehr Wasserdampf in der Atmosphäre
Beim Niederschlag gibt es eine andere Dynamik. Er wird nicht direkt durch Sonnenlicht angetrieben, sondern durch die Energie des verdampften Wassers.
Die Atmosphäre kann nur begrenzt Wasserdampf halten, bevor eine Sättigung erreicht wird. Dann wird Wasserdampf wieder flüssig. Dies wird mit der sogenannten Clausius-Clapeyron-Gleichung beschrieben. Sie sagt aus, dass die Atmosphäre mit jedem Grad wärmerer Luft etwa sieben Prozent mehr Wasserdampf halten kann. Und damit an Energie, die bei der Verdunstung aufgenommen wurde.
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Niederschlag verstärkt sich selbst
Wird dieser Wasserdampf wieder flüssig, entfaltet sich eine gewaltige Dynamik. Die Energie der Verdunstung wird schließlich wieder freigesetzt und das schlagartig. Das erwärmt erneut Luft, die aufsteigt und mehr feuchte Luft nach sich zieht. Die dann auch wieder kondensiert und aufsteigt.
Das kann sich selbst verstärken, wie bei einem Gewitter im Sommer. Auch in den Tropen lässt sich das beobachten, wo die Luftzirkulation durch Kondensation angetrieben wird und dann noch mehr feuchte Luft nach sich zieht. Diese Verstärkung macht die Tropen richtig feucht, also gibt es dort Regenwälder. Die Subtropen hingegen werden dadurch trocken und es gibt Wüsten.
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Regen wird im Klimawandel kürzer und intensiver
Im Klimawandel hat diese Selbstverstärkung üble Folgen. Es gibt mehr Wasserdampf, also Energie, in der Atmosphäre. Die Böen nehmen zu, Gewitter werden heftiger, der Niederschlag intensiver und kürzer. Es gibt mehr Starkregen und häufiger Hochwasser.
Auch in den Tropen verstärkt sich die Zirkulation. Sie werden feuchter. Die Subtropen könnten mehr verdunsten - wenn sie denn Wasser hätten. Sie werden also trockener. In der Klimaforschung wird dieses Phänomen mit "Feucht wird feuchter, trocken wird trockener" beschrieben. Der Wasserkreislauf wird also im Klimawandel extremer.
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Mit weniger Wolken erwärmt sich Erde stärker
Aber auch Wolken leben kürzer, wenn es kürzer regnet. Gerade im Sommer, wenn viel Sonne scheint. Weniger Wolken reflektieren dann weniger Sonnenlicht, die Erdoberfläche wird stärker erwärmt.
In Deutschland zeigt sich dies in den letzten Dekaden als Trend zu mehr Sonnenstrahlung an der Oberfläche. Dieser Trend hat die Erwärmung durch den Treibhauseffekt praktisch verdoppelt. So haben sich in Deutschland die Temperaturen schon jetzt um zwei Grad Erwärmung verschoben und Hitzeextreme verstärkt.
Es ist also höchste Zeit, sich auch auf den extremeren Wasserkreislauf einzustellen und fossile Energieträger mit ihren ineffizienten Technologien zu ersetzen.
Forschungstaucher Uli Kunz geht den Geheimnissen des Wassers auf den Grund.12.05.2019 | 43:34 min
... ist studierter Physiker, leitet eine Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Biogeochemie und lehrt an der Friedrich-Schiller Universität Jena. Meistens forscht er daran, wie die Erde Energie in verschiedenste Formen umwandelt und wo dabei die Grenzen liegen, mit einem Blick auf das ganze Erdsystem. Dies wendet er an, um Klima, Klimawandel, und die Rolle des Lebens besser - und einfacher - zu verstehen und abzuschätzen. Das hat auch ganz praktische Bedeutung, für die Folgen des Klimawandels und für die Grenzen von erneuerbare Energien. Seine Arbeitsgruppe schreibt über die eigene Forschung auch auf dem Blog earthsystem.org.
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