Klimamodelle überschätzen Kühleffekt durch Wüstenstaub

Gängige Klimamodelle gehen von einer starken Erwärmungswirkung durch CO2 aus. Die daraus resultierende Erwärmung übersteigt jedoch die in der Realität gemessenen Temperaturen. Die Klimamodellierer stört dies jedoch wenig, denn sie haben genügend kühlende Effekte in die Modelle eingebaut, die sie nahezu nach Belieben skalieren können. So kommt am Ende immer das Wunschergebnis heraus. Kleine Schwebteilchen in der Atmosphäre, die sogenannten Aerosole, spielen hier eine wichtige Rolle. Die Aerosol-Joker-Herangehensweise hat viele Jahre lang gut funktioniert, bis es eines Tages den Aerosol-Fachleuten zu bunt wurde. Sie waren es leid, als Ausputzer missbraucht zu werden. Der letzte große Paukenschlag kam vor zwei Jahren … weiter lesen

Bildung von Schwefeldioxid und von kühlenden Wolken über den Ozeanen wird in den bisherigen Klimamodellen offenbar überschätzt

Pressemitteilung des Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) in Leipzig vom 3. November 2016: —– Wirkung des Meeresgeruchs in Klimamodellen bisher überschätzt Umfassendste Studie zur atmosphärischen Oxidation des natürlichen Klimagases Dimethylsulfid veröffentlicht Die Bildung von Schwefeldioxid aus der Oxidation von Dimethylsulfid (DMS) und damit auch von kühlenden Wolken über den Ozeanen wird in den bisherigen Klimamodellen offenbar überschätzt. Das schließen Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) aus einer Modellstudie zu den Auswirkungen von Dimethylsulfid auf die Atmosphärenchemie. Bisher berücksichtigen Modelle mit der Oxidation in der Gasphase lediglich einen Teil des Oxidationsweges und vernachlässigen wichtige Pfade in der flüssigen Phase der Atmosphäre, schreibt … weiter lesen

Klimamodelle unter Druck: Klimasimulationen errechnen eine viel zu hohe Abkühlung durch Vulkanausbrüche, die mit der realen Entwicklung kaum in Einklang zu bringen ist

Große Vulkanausbrüche kühlen für ein paar Jahre das Erdklima, soviel ist klar und durch empirische Daten gesichert. Aber wie funktioniert der Kühlmechanismus eigentlich? Die University of Washington berichtete am 9. Dezember 2015 über neue Erkenntnisse zum Ablauf der klimatischen Wirkungsweise von Schwefeldioxid: Iceland volcano’s eruption shows how sulfur particles influence clouds It has long been suspected that sulfur emissions can brighten clouds. Water droplets tend to clump around particles of sulfuric acid, causing smaller droplets that form brighter, more reflective clouds. But while humans have pumped sulfur into Earth’s atmosphere since the Industrial Revolution, it’s been hard to measure how … weiter lesen

Ozeanzyklik statt Aerosole: Met Office Hypothese zum Nordatlantik endgültig verworfen

Im April 2012 meldetete die WAZ reißerisch: Klima: Luftverschmutzung fördert Dürren und Wirbelstürme Die Luftverschutzung fördert Dürren in Afrika und Wirbelstürme über dem Atlantik. Das haben jetzt britische Klimaforscher herausgefunden. Historische Klimaereignisse können damit nicht mehr natürlichen Klimaschwankungen angelastet werden. […] „Wir müssen umdenken: Eine ganze Anzahl von historischen Klimaereignissen wie besonders starke Dürren in der Sahelzone können wir nun nicht mehr nur den natürlichen Klimaschwankungen anlasten“, schreiben Ben Booth vom Hadley Centre des britischen Meteorological Office in Exeter und seine Kollegen. Bisherige Klimamodelle, aber auch Regelungen zum Schwebstoffausstoß müssten an die neuen Erkenntnisse angepasst werden. Weiterlesen auf derwesten.de. Es … weiter lesen

CERN-CLOUD-Projekt: Kühleffekt anthropogener Aerosole offenbar geringer als gedacht. Klimaprognosen müssen nach unten korrigiert werden

Einer der Knackpunkte der heutigen Klimamodelle ist der sogenannte Aerosoljoker, den wir bereits in unserem Buch ‚Die kalte Sonne‘ kritisch unter die Lupe nahmen. Das Problem: Die IPCC-Modelle gehen von einer so starken CO2-Erwärmungswirkung aus, dass die Temperaturen heute eigentlich viel höher sein müssten. Der IPCC behalf sich mit einm Trick und kühlte kurzerhand die überschüssige theoretische Wärme wieder mit anthropogenen Aerosolen, vor allem Schwefeldioxid (SO2), herunter. In den Zukunftsprognosen wurde dann das SO2 langsam heruntergefahren, so dass enorme Erwärmungsraten angenommen werden konnten. Bereits vor einem Jahr, im April 2015, warnten Forscher davor, dass man die Kühlwirkung der Aerosole wohl … weiter lesen

Kleinere Vulkanausbrüche fallen beim Faktencheck als Grund der Erwärmungspause glatt durch

Alle Jahre wieder wird von interessierten Kreisen der Versuch unternommen, „unsichtbare“ Vulkanausbrüche als Bremser der verspäteten Klimaerwärmung darzustellen. Man sei gar nicht auf Riesenausbrüche angewiesen, die ihre kühlende Schwefeldioxid-Fracht hoch in die Stratosphäre schleudern und dort mit den Höhenwinden quer über den Globus verteilen. Nein, man könnte auch ganz viele kleine Ausbrüche nehmen. Über bislang schlecht bekannte Wege würde auch deren Aerosol in die Stratosphäre gelangen. So jedenfalls die Behauptung.

Nehmen wir zum Einstieg eine Pressemitteilung der University of Saskatchewan vom 5. Juli 2012. Hier wird der Monsun als Höhenkatapult angenommen:

A University of Saskatchewan-led international research team has discovered that aerosols from relatively small volcanic eruptions can be boosted into the high atmosphere by weather systems such as monsoons, where they can affect global temperatures. The research appears in the July 6 issue of the journal Science. Adam Bourassa, from the U of S Institute of Space and Atmospheric Studies, led the research.

Ein Jahr später, am 6. März 2013, griff Scinexx das Thema auf:

Klima: Kleine Vulkane bremsen Erwärmung
In den letzten zwölf Jahren erwärmt sich die Erde langsamer als erwartet, weil Schwebstoffe in der Atmosphäre die Sonne reflektieren und so ihren Wärmeeffekt verringern. Bisher dachte man, dass vor allem Ruß und Abgase der asiatischen Schwellenländer für diesen Effekt verantwortlich sind. Jetzt aber haben US-Forscher einen ganz anderen Schuldigen ausgemacht: mittlere und kleine Vulkanausbrüche. Die dabei abgegebenen Schwefelaerosole sind vermutlich sogar die Hauptbremser des Klimawandels, wie die Forscher im Fachmagazin „Geophysical Research Letters“ berichten.

Weiterlesen auf Scinexx

Tja, eine unter 30 anderen konkurrierenden Theorien zur Erwärmungspause. Da hat Scinexx wohl etwas übertrieben („Jetzt aber…“). Ein Durchbruch im Erkenntnisstreben war dies jedenfalls nicht. Schnell versackte das Modell wieder in der Versenkung. Jedenfalls bis zum 19. November 2014 als Scinexx die Idee wieder auferstehen ließ:

Auch kleine Vulkane verändern das Klima
Ausgestoßenes Schwefeldioxid reflektiert mehr Sonnenlicht als gedacht.
Kleiner Ausbruch, große Wirkung: Kleinere vulkanische Eruptionen könnten mehr zur Abkühlung des Klimas beitragen als bisher gedacht. Möglicherweise sind sie sogar schuld an der rätselhaften Klimawandel-Pause ab 2001. Das jedenfalls postuliert ein internationales Forscherteam anhand neuer Messdaten. Demnach reflektieren die vulkanischen Schwefelgase solcher Ausbrüche doppelt soviel Sonnenlicht wie angenommen.

Ridley et al. 2014, Geophysical Research Letters, November 2014

Auch Spektrum der Wissenschaft liebt offenbar den Erklärungsversuch, formulierte am 12. Januar 2015 aber etwas vorsichtiger:

Wie stark dämpfen Vulkane die Erderwärmung?
Seit 1998 stiegen die mittleren Erdtemperaturen verglichen mit den Jahrzehnten zuvor nur noch schwach an. Vulkane könnten einen Teil der „Pause“ verursacht haben. […] Ein Teil dieser so genannten „Pause der Erderwärmung“ (die eigentlich keine war) könnte auf die kühlende Wirkung zahlreicher kleiner Vulkanausbrüche zurückgehen, schlagen nun Forscher um Benjamin Santer vom Lawrence Livermore National Laboratory vor: Etwa ein Drittel der Auszeit gehe auf gesteigerten Vulkanismus zu Beginn des 21. Jahrhunderts zurück, so die Autoren.

Santer et al. 2015, Geophysical Research Letters, Januar 2015

Ben Santer ist ehemaliger IPCC-Berichtsautor von 1995. Im damaligen Bericht konnte man sich noch überhaupt nicht vorstellen, dass es ab 1998 zu einer lang andauernden Erwärmungspause kommen würde. Es wundert daher kaum, dass Wissenschaftler wie Santer nun unvorhersagbare Vulkanausbrüche ins Feld führen, um ihre Glaubwürdigkeit zu reparieren. Dabei hätte beim Blick auf den Verlauf der Ozeanzyklen PDO und AMO eigentlich klar sein sollen, dass die wilde Erwärmungsepisode 1977-1998 keineswegs einen Langzeittrend darstellt.

Allen IPCC-Wünschen zum Trotz, werden die kleineren Vulkanausbrüche nicht die Lösung des Problems sein können. Im November 2013 hatte nämlich ein Forscherteam um Jim Haywood bereits festgestellt, dass kleinere Vulkanausbrüche gar nicht genügend Abkühlung produziert haben können, um die Erwärmungspause der letzten anderthalb Jahrzehnte zu erklären. Im Folgenden die Kurzfassung des in den Atmospheric Science Letters erschienenen Papers:

The impact of volcanic eruptions in the period 2000–2013 on global mean temperature trends evaluated in the HadGEM2-ES climate model
The slow-down in global warming over the last decade has lead to significant debate about whether the causes are of natural or anthropogenic origin. Using an ensemble of HadGEM2-ES coupled climate model simulations we investigate the impact of overlooked modest volcanic eruptions. We deduce a global mean cooling of around −0.02 to −0.03 K over the period 2008–2012. Thus while these eruptions do cause a cooling of the Earth and may therefore contribute to the slow-down in global warming, they do not appear to be the sole or primary cause.

Aber spielen wir für einen Moment einfach mal mit. Sind kleinere Vulkanausbrüche seit Beginn der Erwärmungspause wirklich häufiger geworden? Willis Eschenbach hat sich auf WUWT einmal die Mühe gemacht und hat in den Daten des Smithsonian Volcanism Project nachgeforscht. Hier zunächst einmal die Anzahl aller Vulkanausbrüche auf der Welt, unabhängig von ihrer Stärke:

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Französische Forschergruppe postuliert Beeinflussung der atlantischen Ozeanzyklen durch Vulkanausbrüche – vergisst dabei aber Sonnenaktivitätsschwankungen zu berücksichtigen

Eigentlich hatten sich schon alle darauf geeinigt, dass Vulkane das Klima maximal drei bis fünf Jahre abkühlen können. Eine Forschergruppe um Didier Swingedouw wollte dies jedoch nicht wahrhaben und dachte sich eine windige Konstruktion aus, die sie in der Fachzeitschrift Nature Communications auch tatsächlich unterbringen konnten. Die Idee: Vulkanausbrüche verändern Ozeanzyklen und wirken so über etliche Jahrzehnte nach. Speziell dachten die Wissenschaftler da an die nordatlantische Ozeanzirkulation (AMOC), die 15 Jahre nach dem Vulkanausbruch schneller werden würde. Nach zehn weiteren Jahren würde sich die Zirkulation dann wieder verlangsamen und nach weiteren 5 Jahren wieder beschleunigen. Alles nachzulesen in einer Pressemitteilung der französischen Forschungsorganisation CNRS vom 30. März 2015:

Volcanic eruptions durably impact North Atlantic climate

Particles emitted during major volcanic eruptions cool the atmosphere due to a ‚parasol‘ effect that reflects sunlight. The direct impact of these particles in the atmosphere is fairly short, lasting two to three years. However, they alter for more than 20 years the North Atlantic Ocean circulation, which connects surface and deep currents and influences the climate in Europe. This is the conclusion of a study by researchers from the CNRS, IRD, CEA and MétéoFrance1 who combined, for the first time, climate simulations, recent oceanographic data, and information from natural climate records. Their findings2 are published in Nature Communications on March 30th [2015; Swingedouw et al.]. […]

The cooling, which only lasts two or three years, then triggers a rearrangement of ocean circulation in the North Atlantic Ocean. Around fifteen years after the beginning of the eruption, the circulation speeds up. It then slows down after twenty-five years, before accelerating again thirty-five years after the phenomenon. Volcanic eruptions thus appear to act on the ocean circulation in the North Atlantic rather like a pacemaker, causing variability over a twenty-year period. The scientists confirmed these results by comparing them with observations of ocean salinity, a key factor for the sinking of water and therefore for ocean circulation. In numerical simulations and modern oceanographic data they detected similar variations in the early 1970s and 1990s connected to the eruption of the Agung volcano.

Using data from Greenland ice cores and observations carried out on bivalve molluscs collected to the north of Iceland and dating back more than 500 years, as well as a simulation of the climate over the last thousand years, the researchers systematically identified acceleration of ocean circulation fifteen years after five volcanic eruptions that took place several hundred years ago. Lastly, the researchers revealed the interference produced by the latest three main eruptions, Agung in 1963, El Chichón in Mexico in 1982, and Pinatubo in 1991, explaining for the first time the recent variability of currents in the North Atlantic ocean. They conclude that a major eruption in the near future could have an impact on the currents in the North Atlantic Ocean — and hence on our ability to predict the variability of the climate in Europe — over several decades. They now hope to consolidate these findings by collecting data from additional sources, especially in paleoclimatology.

Ein neuer Versuch, die Kleine Eiszeit den Vulkanen anzuhängen, obwohl sich der Zusammenhang mit der verringerten Sonnenaktivität überdeutlich anbietet?

Eine Kleinigkeit hatten die Franzosen dann doch übersehen. Es ist nämlich schon seit längerem bekannt, dass die atlantischen Ozeanzyklen, speziell die NAO, von der Sonnenaktivität beeinflusst werden. Wir haben hier im Blog mehrfach über entsprechende Studien berichtet:

Weshalb will der Begriff „Sonne“ in der Studie von Swingedouw und Kollegen einfach nicht fallen? Da hatten es Kollegen aus Dänemark ein Jahr zuvor deutlich besser gemacht. Eine Team um Mads Faurschou Knudsen hatte ebenfalls in Nature Communications ein Paper veröffentlicht, in dem Einflussfaktoren auf die atlantische Ozeanzirkulation beschrieben werden, in diesem Fall die Atlantische Multidekadenoszillation (AMO). Wir hatten seinerzeit über die Studie hier im Blog berichtet. Die Dänen sehen neben vulkanischen Einflüssen auf die AMO auch einen bedeutenden Einfluss von Sonnenaktivitätsschwankungen. Der Prozess könnte mithilfe des UV-Anteils der Sonnenstrahlung ablaufen, der zu Ozonveränderungen in der Stratosphäre führt, was wiederum Windsysteme und Ozeanzyklen beeinflusst. In einer Pressemitteilung der Aarhus University vom April 2014 beschreiben die Autoren ihre Ergebnisse:

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Große Vulkanausbrüche kühlen das Klima – aber nur wenige Jahre lang

Im heutigen Teil unserer Aerosol-Reihe geht es um die klimatisch kühlende Wirkung von Vulkanausbrüchen. Mittlerweile hat man sich geeinigt, dass die Asche einzelner Vulkanausbrüche lediglich für wenige Jahre in der Stratosphäre zirkuliert, bevor die Partikel dann zur Erde zurückrieseln und der Kühleffekt wieder allmählich verschwindet. Aus klimatischer Sicht spielen Vulkanausbrüche daher keine große Rolle. Korrekter wäre die Einstufung dieser explosiven Ereignisse in die Kategorie „Wetter“.

Vorangegangene Versuche, die Kleine Eiszeit mit Vulkanausbrüchen zu erklären rufen heute nur noch ein mildes Schmunzeln hervor (siehe „Die Kleine Eiszeit als weltweite Kältephase: Welche Rolle spielten die Vulkane?“). Eine der vielen Sackgassen in der Wissenschaft. Trotzdem ist es wichtig, die Vulkanhistorie und ihre kurzfristigen Auswirkungen auf die Temperaturgeschichte zu verstehen. In den letzten Jahren hat es hierzu eine Reihe von neuen Arbeiten und Artikeln gegeben, die wir hier vorstellen wollen.

Da wäre zunächst einmal eine Studie von Sigl et al. 2014 in Nature Climate Change. Anhand von Aschelagen in antarktischen Eiskernen rekonstruierten diese Forscher die Historie großer Vulkanausbrüche für die vergangenen 2000 Jahre. Dabei fanden sie für die ersten 1500 Jahre starke Abweichungen von der bisherigen vulkanischen Geschichtsschreibung, wobei Diskrepanzen in der klimatischen Kühlwirkung von 20-50% auftraten. Eine korrekte Datenbasis ist jedoch die Grundlage für Modellierungen, da diese mit der historischen Entwicklung abgeglichen und kalibriert werden. Offenbar hat man hier in der Vergangenheit mit einer sehr unsicheren und fehlerhaften Datenbasis gearbeitet. Im Folgenden ein Auszug aus der Kurzfassung des Papers:

Insights from Antarctica on volcanic forcing during the Common Era
[…] Whereas agreement with existing reconstructions is excellent after 1500, we found a substantially different history of volcanic aerosol deposition before 1500; for example, global aerosol forcing values from some of the largest eruptions (for example, 1257 and 1458) previously were overestimated by 20–30% and others underestimated by 20–50%.

Eine noch aktuellere Vulkanrekonstruktion stammt von Baillie & McAneney, die ihre Ergebnisse im Januar 2015 im Fachblatt Climate of the Past veröffentlichten. Auch diese Studie basiert auf antarktischen Eiskernen, umfasst aber nur die ersten 1000 Jahre nach Christi Geburt. Dabei thematisieren die Autoren große Unsicherheiten in der Altersdatierung, die in verschiedenen Studien zu stark unterschiedlichen Resultaten führen. Hier besteht offenbar noch massiver Forschungsbedarf.

Eine Wissenschaftlergruppe um Martin Tingley von der Pennsylvania State University nahm die Ausbrüche des Krakatau (1883) und Novarupta (1912) näher unter die Lupe. Die Forscher fanden, dass die klimatische Abschätzung der Abkühlung über Baumringe im Gegensatz zu den realen Temperaturmessdaten deutlich zu hoch ausfiel. Dies gilt insbesondere für Gegenden in höheren geographischen Breiten, wo die Baumringe neben der Temperatur auch auf Veränderungen im Tageslicht reagieren. Im Folgenden die Kurzfassung der Arbeit, die im November 2014 in den Geophysical Research Letters erschien:

Temperature reconstructions from tree-ring densities overestimate volcanic cooling
The fidelity of inferences on volcanic cooling from tree-ring density records has recently come into question, with competing claims that temperature reconstructions based on tree-ring records underestimate cooling due to an increased likelihood of missing rings or overestimate cooling due to reduced light availability accentuating the response. Here we test these competing hypotheses in the latitudes poleward of 45°N, using the two eruptions occurring between 1850 and 1960 with large-scale Northern Hemisphere climatic effects: Novarupta (1912) and Krakatau (1883). We find that tree-ring densities overestimate postvolcanic cooling with respect to instrumental data (Probability≥0.99), with larger magnitudes of bias where growth is more limited by light availability (Prob.≥0.95). Using a methodology that allows for direct comparisons with instrumental data, our results confirm that high-latitude tree-ring densities record not only temperature but also variations in light availability.

Siehe hierzu auch einen Artikel vom Cato Institut.

Auch andere Fallstudien förderten Interessantes zutage. Im Januar 2013 beschäftigte sich in den Geophysical Research Letters eine Forschergruppe um Jiandong Xu mit den klimatischen Auswirkungen eines großen Vulkanausbruchs 946 n. Chr. in China. Der Ausbruch des Changbaishan Vulkans war einer der stärksten der letzten 2000 Jahre. Seltsamerweise fanden die Autoren im grönländischen Eis keine entsprechende Aschenlage. Offenbar gelangten die vom Vulkan in die Stratosphäre geschleuderten Sulfatoxide nicht in die Arktis. Das Forscherteam schließt daraus, dass die klimatischen Auswirkungen dieses starken Vulkanausbruchs wohl eher regional begrenzt gewesen sein müssen und keinen globalen Charakter hatten. Hier die Kurzfassung:

Climatic impact of the Millennium eruption of Changbaishan volcano in China: New insights from high-precision radiocarbon wiggle-match dating
Changbaishan volcano in northeast China
, previously dated to have erupted around the mid-10th century A.D., is renowned for producing one of the largest eruptions in history (magnitude 6.8) and thus speculated to have substantial climatic impact. Here we report a new high-precision 14C wiggle-match age of A.D. 946 ± 3 obtained from a 264 year old tree trunk (with bark) killed during the eruption, using the OxCal’s Bayesian modeling approach with 27 sequentially sampled annual rings of decadal intervals. The new chronology conforms well to the calendar date of A.D. 946 for the eruption inferred from historical documentary evidence. We find no stratospherically loaded sulfate spike that might be associated with the A.D. 946 eruption in the global volcanism record from the GISP2 ice core, suggesting the stratospheric sulfate aerosols produced during the eruption were not transported to the arctic region, due probably to its relatively low stratospheric sulfur emission and the seasonal effects of the atmospheric circulation at the time of the eruption that likely occurred in the winter of A.D. 946–947. Since the stratospheric volcanic sulfates are the main cause of large-scale climate perturbations, this finding indicates that the Millennium eruption of Changbaishan volcano might have limited regional climatic effects, rather than global or hemispheric impact as implied by its magnitude.

Im Dezember 2012 publizierte ein Forscherteam um Anja Schmidt von der University of Leeds im Journal of Geophysical Research eine Analyse des isländischen Laki-Ausbruchs von 1783. Damals gelangten große Mengen an Schwefeldioxid in die Stratosphäre, und die Temperaturen der nördlichen Halbkugel sackten drei Jahre lang deutlich ab. Hier die Kurzfassung:

Climatic impact of the long-lasting 1783 Laki eruption: Inapplicability of mass-independent sulfur isotopic composition measurements
The long-lasting 1783–1784 CE Laki flood lava eruption in Iceland released around 120 Tg of sulfur dioxide into the upper troposphere/lower stratosphere. Northern Hemisphere temperature proxy records of the 1780s indicate below-average temperatures for up to three years following the eruption. The very warm summer of 1783 in Europe, which was followed by a very cold winter, may have been caused by the eruption, but the mechanisms are not yet well understood. Some studies attributed the cold winter 1783–1784 to natural variability of climate. However, our climate model simulations show that the Laki radiative effects lasted long enough to contribute to the winter cooling. […]

Ein weiterer bedeutender Ausbruch ereignete sich 1815 in Indonesien. Der Vulkan Tambora bescherte Europa und Nordamerika das berühmte „Jahr ohne Sommer“. Anlässlich des 200-jährigen Jubiläums berichtete Die Zeit am 5. April 2015:

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Wolken-Rätsel XY ungelöst

Gleich zu Jahresbeginn 2014 meldete t-online eine kleine, nein, eine richtig große Sensation:

Klimawandel: Das Wolken-Rätsel ist wohl gelöst
[…] [Die] Klimasensitivität […] besagt, wie groß die Erwärmung ausfällt, wenn sich die Treibhausgas-Konzentration auf 560 ppm verdoppelt. Laut dem jüngsten Bericht des Uno-Klimarats IPCC wäre dann eine Erwärmung zwischen 1,5 und 4,5 Grad zu erwarten. Wie hoch der Wert genau ausfallen wird, entscheiden zu großen Teilen die Wolken – und ausgerechnet sie sind besonders schwierig zu berechnen. […] Jetzt aber will ein australisch-französisches Forscherteam das Rätsel gelöst haben. Und die Ergebnisse, die jetzt im Fachblatt „Nature“ veröffentlicht wurden, verheißen nichts Gutes. Der Effekt der Wolken auf die Erwärmung sei unterschätzt worden, schreiben die Wissenschaftler um Steven Sherwood von der australischen University of New South Wales. Die Verdopplung des Kohlendioxids werde die Atmosphäre im globalen Durchschnitt nicht um 1,5 bis 4,5, sondern um 3 bis 5 Grad erhitzen.

Geschrieben hat die Meldung der Spiegel Online Redakteur Markus Becker. Hat er die Nature-Arbeit von Sherwood et al. richtig eingestuft? Die Arbeit stellt sich auf jeden Fall gegen den aktuellen Forschungstrend. Fast monatlich werden derzeit neue Studienergebnisse veröffentlicht, die eine deutlich geringere CO2-Klimasensitivität errechnen, als bislang vom IPCC angenommen (siehe Artikelübersicht hier). Zudem schießen die aktuellen IPCC-Modelle bekanntlich weit über die reale Temperaturentwicklung hinaus (Abbildung 1).

Abbildung 1: Prognosen der IPCC-Klimamodelle (dünne farbig Linien) schießen meilenweit über die reale Temperaturentwicklung (blaue und grüne Punkte) hinaus (Abbildungsquelle). Offensichtlich ist die CO2-Klimawirkung zu hoch angesetzt worden. Sherwood et al. behaupten das Gegenteil: Das CO2 wäre sogar noch klimawirksamer als bislang gedacht. Die verrückte Welt der Klimamodellierung…

 

Wie begründen Sherwood und Kollegen also ihre Außenseiterposition? Lesen wir hierzu kurz auf t-online weiter:

Der Schlüssel der neuen Berechnung liegt nach Angaben der Forscher in der Wirkung der Klimaerwärmung auf die Wolkenbildung. Beobachtungen hätten gezeigt, dass höhere Temperaturen über dem tropischen Meer zu einer schwächeren Wolkenentstehung in geringer Höhe führten. Auf diese Weise erreiche mehr Sonnenlicht die Oberfläche und führe so zu einer noch stärkeren Erwärmung.

Interessant. Eine Klimaerwärmung wird vermutlich zu einer Steigerung des Wasserdampf-Gehaltes in der Atmosphäre führen. Das klingt plausibel. Wenn man einen Topf Wasser auf eine heiße Herdplatte stellt, entsteht jede Menge Wasserdampf. Der vermutete Wasserdampf-Anstieg dient in den Klimamodellen derzeit als wichtiger Verstärker der CO2-Klimawirkung. Allerdings: Mehr Wasserdampf könnte auch zu mehr tiefen Wolken führen, die wiederum kühlend wirken. Der Wiki-Bildungsserver erklärt:

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Klimamodelle in Bedrängnis: Sulfat-Aerosole kühlen das Klima weniger als gedacht

Der Weltklimarat geht davon aus, dass das Kohlendioxid eine sehr starke Klimawirkung besitzt. Allerdings beträgt die real gemessene Erwärmung der letzten 150 Jahre lediglich 40% von dem, was aufgrund der vom IPCC angenommenen CO2-Klimasensitivität zu erwarten gewesen wäre. Bereits vor drei Jahren (2010) wies ein US-amerikanisches-schwedisches Forscherteam um Stephen Schwartz vom Brookhaven National Laboratory in einem Artikel im Journal of Climate auf diese bedeutende Diskrepanz hin. Bei der Analyse möglicher Gründe fanden Schwartz und Kollegen, dass hierfür entweder eine vom IPCC zu hoch angesetzte CO2-Klimasensitivität verantwortlich zeichnet oder die kühlende Wirkung von anthropogenen Aerosolen von den Weltklimaratsmitgliedern überschätzt wurde. Derartige Schwefelemissionen wurden in den vergangenen Jahren gerne als Kühlungsjoker präsentiert, unter anderem vom Hockeystick-Erfinder Michael Mann.

Neuere Untersuchungen erteilen dem Aerosol-Joker nun jedoch eine klare Absage. In einer Pressemitteilung vom 9. Mai 2013 lässt das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz keinen Zweifel daran, dass die Klimamodelle die Kühlwirkung der Aerosole wohl bislang deutlich überschätzt haben, so dass gemäß der Schwartz-Studie nun wohl doch alles auf eine reduzierte Klimasensitivität hinweist. Im Folgenden die vollständige MPI-Pressemitteilung:

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Sulfat-Aerosole kühlen das Klima weniger als gedacht

Lebensdauer wolkenbildender Sulfat-Partikel in der Luft geringer als angenommen: Ursache ist eine in bisherigen Klimamodellen unbeachtete Oxidation von Schwefeldioxid

Schwefeldioxid ist als Gegenspieler der Treibhausgase offenbar weniger effektiv als bisher angenommen. Aus ihm entstehen in der Luft Sulfat-Aerosolpartikel, die das Sonnenlicht reflektieren und als sogenannte Wolkenkondensationskeime die chemischen Vorgänge in Wolken beeinflussen. Sulfat-Aerosolpartikel helfen also, die Erde zu kühlen. Sie sind deshalb ein wesentlicher Bestandteil vieler Klimamodelle. Wie ein Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz nun jedoch herausfand, ist es wahrscheinlich, dass die meisten Modelle bei ihren Vorhersagen den Kühlungseffekt dieser Partikel überschätzt haben. Grund ist ein bisher weitgehend unberücksichtigter Reaktionsweg in den Wolken, den Mineralstaub katalysiert und der die Lebensdauer von Sulfat-Aerosolpartikeln und deren Fähigkeit, Sonnenlicht zu reflektieren, stark beeinflusst.

Als Kondensationskeime sind Aerosolpartikel ein wichtiger Ausgangspunkt für die Bildung von Wolken. Luftfeuchtigkeit lagert sich an ihnen an, und es entstehen kleine Tropfen, die schließlich zu Wolken werden. In den Wolken selbst jedoch verändert sich die chemische Zusammensetzung der Aerosolpartikel.

Um herauszufinden, was sich dort genau abspielt und warum, untersuchten Dr. Eliza Harris und Dr. Bärbel Sinha vom Max-Planck-Institut für Chemie gemeinsam mit weiteren Wissenschaftlern aus Mainz und anderer Institute verschiedene Luftmassen. Das Besondere: Sie beobachteten eine Wolke, die sich an einem Berg aufstaute, während sie sich bildete. Auf diese Weise verfolgten sie die Veränderung der Aerosolbestandteile im Laufe der Wolkenentstehung.

 

Isotopen-Analyse verrät, wie Sulfat entsteht

Harris und Sinha richteten dabei ihr Hauptaugenmerk auf die Analyse von Schwefelverbindungen. Deren Zusammensetzung untersuchten sie anhand von Luftproben, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten genommen wurden: Vor dem Eintauchen in die Wolke, während des Aufenthalts in der Wolke und nachdem sie die Wolke wieder verlassen hatten.

Die Schwefelverbindungen in den Proben unterschieden sich in der Verteilung der Schwefelisotope. Isotope sind Atome desselben Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl an Neutronen im Atomkern und lassen sich mit einem Massenspektrometer unterscheiden. Mithilfe der NanoSIMS-Ionensonde, eines besonders hochempfindlichen Massenspektrometers, konnte das Forscherteam sogar, Rückschlüsse auf die chemischen Abläufe ziehen. „Die relativen Reaktionsraten von Isotopen sind wie Fingerabdrücke, die verraten, auf welchem Weg das Sulfat aus dem Schwefeldioxid entstanden ist“, erklärt Eliza Harris ihre Untersuchungsmethode, die Teil ihrer Doktorarbeit in der Forschungsgruppe von Peter Hoppe am Max-Planck-Institut für Chemie war.

 

Rolle von Übergangsmetallionen bei der Bildung von Sulfat-Aerosolen bisher unterschätzt

Harris‘ Studie offenbart, dass der wichtigste Weg der Sulfatbildung in den meisten Klimamodellen bisher offenbar übersehen wurde. Ihren Messungen zufolge entstehen Sulfate in Wolken am häufigsten über die Oxidation von Schwefeldioxid (SO2) mit Sauerstoff (O2). Diese Reaktion wird durch sogenannte Übergangsmetallionen, kurz TMI für „transition metal ion“, wie Eisen, Mangan, Titan oder Chrom, katalysiert. Zudem traten die Sulfate meistens in Wolkentropfen auf, die sich auf großen Mineralstaubpartikeln, den wichtigsten Lieferanten der Übergangsmetallionen, gebildet hatten. Sehr viel seltener führte die Spur zur Oxidation von Schwefeldioxid mit Wasserstoffperoxid (H2O2) und Ozon (O3).

„Als meine Kollegen und ich mit diesem Ergebnis auf die grundlegenden Annahmen der Klimamodelle blickten, waren wir sehr erstaunt. Denn nur eines von zwölf Modellen berücksichtigt die Rolle der Übergangsmetallionen bei der Sulfatbildung“, so die Wissenschaftlerin, die mittlerweile am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA arbeitet. Stattdessen verwendeten die meisten Modelle den alternativen Fall der Schwefeldioxidoxidation durch Wasserstoffperoxid (H2O2), Ozon (O3) und das Hydroxyl-Radikal (OH).

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Ruß ist ein viel größerer Klimakiller als gedacht: Muss CO2 jetzt kleinere Brötchen backen?

Vor kurzem wurde vom Journal of Geophysical Research eine neue Arbeit zum Druck angenommen, in der die bisherigen Annahmen des Weltsklimarats zur Wärmewirkung einzelner Klimafaktoren nachhaltig durcheinandergewirbelt werden. Die überraschenden Ergebnisse des Forscherteams um Tami Bond von der University of Illinois werden dem ein oder anderen IPCC-Forscher bereits schlaflose Nächte bereitet haben. Bisher ging der IPCC nämlich davon aus, dass das CO2 unangefochten an der Spitze der menschengemachten Hitzeetreiber steht und sich daher die „Klimarettung“ vor allem auf dieses Molekül zu konzentrieren hat. Nun ist jedoch das eingetreten, was wir bereits in unserem Buch „Die kalte Sonne“ vorhergesagt hatten: Der Ruß hat … weiter lesen

NABU: „Bis zu 50 Prozent der Erwärmung in der Arktis sind auf den Einfluss von Rußpartikeln zurückzuführen“

Bis vor wenigen Jahren spielte der Ruß bei den Klimatologen kaum eine Rolle. Aber das änderte sich im März 2008. Damals veröffentlichten Veerabhadran Ramanathan von der Scripps Institution of Oceanography und Greg Carmichael von der University of Iowa im Fachmagazin Nature Geoscience eine Studie, in der sie zeigen konnten, dass Ruß („black carbon“) eine sehr starke Klimawirkung besitzt. Ruß kann dabei im Wesentlichen auf zwei Wegen die Temperatur der Atmosphäre beeinflussen. Zum einen absorbieren die Rußpartikel das Sonnenlicht und strahlen die Wärme dann in die Atmosphäre ab. Zum anderen verringern die dunklen Partikel die Rückstrahlfähigkeit für Sonnenlicht auf Eis und Schnee (Verringerung der Albedo). Ruß hat insofern einen fatalen Effekt auf die Schnee- und Eisgebiete. Er absorbiert die Sonnenstrahlen, die sonst reflektiert würden, und erwärmt auf diese Weise die Oberfläche und bewirkt ein erhöhtes Schmelzen.

Gehen wir einmal logisch vor. Da wird also unerwarteter Weise ein neuer, starker Klimatreiber gefunden, also muss doch irgendetwas anderes in den bisherigen Klimamodellen zu stark angesetzt worden sein, richtig? Die Überraschung war jedoch groß, als die Klimamodellierer erklärten, alles wäre prima, und natürlich müsse man die Klimakraft des dominierenden CO2 nicht schmälern. Über dieses Paradoxon haben wir bereits in unserem Buch „Die kalte Sonne“ berichtet (Kapitel 5, S. 171-181):

Obwohl Ruß mit 8 Millionen Tonnen vergleichsweise niedrige Emissionen aufweist und auch die Verweildauer nur einige Tage bis Wochen beträgt, ist nach diesen Untersuchungen der Ruß im Modell des IPCC mit 55 Prozent der Erwärmungswirkung des CO2 nach IPCC-Version für den Zeitraum der letzten 250 Jahre zu berücksichtigen. Da dieser Effekt in dieser Größe aber nicht berücksichtigt worden ist, muss zwangsläufig der Einfluss des CO2 in den Modellen um diesen Betrag zurückgenommen werden. Das wäre recht unangenehm in der öffentlichen Kommunikation.

Daher wendet Ramanathan einen Trick an. Er verweist auf die große Unsicherheit bei den Dämpfungseffekten der übrigen Aerosole (siehe oben) und erhöht einfach die negative Wirkung dieser Aerosole um genau den Betrag, der dem Ruß nach neuesten Erkenntnissen zuzuschreiben ist. Das Ergebnis ist wieder perfekt: Die Wirkung des CO2 kann ungeschmälert bleiben – und Ramanathan wird fleißig von der IPCC-Gemeinde zitiert. Ein simpler Taschenspielertrick, der durch keine neuen Erkenntnisse auf der übrigen Aerosolseite belegt ist.

Die bedeutende Klimawirkung des Ruß wird mittlerweile sogar vom Naturschutzbund Deutschland e.V. (NABU) anerkannt. Am 20. September 2012 veröffentlichte der NABU auf seiner Webseite eine Erklärung, in der die Erwärmung der Arktis zu bis zu 50% dem Ruß angelastet wird. Im logischen Umkehrschluss reduziert sich der vermeintliche Anteil der Treibhausgase am arktischen Schmelzen signifikant. Der NABU schreibt:

Angesichts der aktuell vom Hamburger Klima Campus präsentierten Daten zur geringsten jemals gemessenen Arktiseisausdehnung fordert der NABU eine stärkere Einbeziehung von Dieselrußpartikeln in die klimapolitische Gesetzgebung. Die Gefahren, die von Rußpartikeln und anderen Luftschadstoffen ausgehen, werden bisher zu wenig öffentlich thematisiert und von der Politik nicht angegangen. „Bis zu 50 Prozent der Erwärmung in der Arktis sind auf den Einfluss von Rußpartikeln zurückzuführen. Damit spielen diese Partikel eine fast ebenso große Rolle für den Klimawandel wie das Treibhausgas CO2“, so NABU-Bundesgeschäftsführer Leif Miller.

Rußpartikel entstehen bei der unvollständigen Verbrennung von fossilen Brennstoffen, etwa in Automotoren, Kraftwerken oder Häusern. In Mitteleuropa ist der Verkehr der Hauptverursacher. Zusammen mit weiteren Luftschadstoffen bilden Rußpartikel die Gruppe der „kurzlebigen Klimatreiber“. Sie forcieren den Klimawandel ähnlich stark wie Kohlenstoffdioxid, verbleiben aber viel kürzer in der Atmosphäre. Ihre Reduktion wird sich daher schneller auf das Weltklima auswirken als eine Minderung des CO2-Ausstoßes.

„Das Hauptaugenmerk bei der Bekämpfung des Klimawandels sollte weiterhin auf CO2 liegen. Indem wir zeitgleich kurzlebige Klimatreiber bekämpfen, gewinnen wir wertvolle Zeit, um die Klimaschutzziele noch zu erreichen“, erläutert NABU-Verkehrsexperte Dietmar Oeliger. Die Bundesregierung müsse ein verbindliches Minderungsziel bis 2020 verabschieden. Alle Dieselrußverursacher müssten zum Einbau moderner Abgasreinigungsanlagen wie Partikelfilter gesetzlich verpflichtet werden. Daneben müsste aber grundsätzlich über alternative Mobilitätsstrategien nachgedacht werden, in denen Verbrennungsmotoren eine deutlich geringere Rolle spielten als heute.

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Licht lässt Partikel wachsen – Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre

Eines der großen Rätsel in den Klimawissenschaften ist die Klimawirkung der Sonne. In den aktuellen Klimamodellen des IPCC spielen Sonnenaktivitätsschwankungen kaum eine Rolle. Ein Blick auf die geologischen Daten der letzten 10.000 Jahre zeigt jedoch, dass dies nicht stimmen kann, denn Klima und Sonne waren stets eng aneinander gekoppelt und bewegten sich überraschend synchron zueinander. Offensichtlich muss es also „Solarverstärker-Prozesse“ geben, die in den IPCC-Formeln bislang nicht berücksichtigt worden sind.

Derzeit gibt es zwei wichtige Solarverstärker-Kandidaten, die auch parallel zueinander wirken könnten. Zum einen ist hier ein Effekt über die UV-Strahlung in der Stratosphäre (siehe S. 229-231 in „Die kalte Sonne“). Zum anderen wird eine schwankende Wolkenbedeckung diskutiert, die vom Sonnenmagnetfeld über die kosmische Strahlung gesteuert wird. Der zuletzt genannte Prozess wurde vor mehr als einem Jahrzehnt vom dänischen Physiker Prof. Henrik Svensmark vorgeschlagen (siehe Kapitel 6 und Svensmark-Gastbeitrag in „Die kalte Sonne“). Mittlerweile gibt es hierzu eine beeindruckende Indizienkette, wenn auch noch nicht jeder einzelne physikalische Schritt bis ins letzte Detail verstanden ist. Gesichert sind momentan u.a. folgende Teilschritte:

(1) Das Sonnenmagnetfeld schwankt parallel zur Sonnenaktivität.

(2) Das Sonnenmagnetfeld schützt die Erde vor kosmischer Strahlung, einem Teilchenregen aus dem Weltall.

(3) Innerhalb eines 11-Jahres-Sonnenfleckenzyklus schwankt auf diese Weise die kosmische Strahlung um 20%, gegenüber nur 0,1% bei der Gesamtstrahlung der Sonne.

(4) Phase 1 des kürzlichen CERN-Experiments hat gezeigt, dass durch kosmische Strahlung vermehrt kleine Aerosol-Teilchen in der Atmosphäre entstehen.

Nun ist die Wissenschaft an der Stelle angekommen, wo es darum geht, ob diese kleinen Teilchen zu größeren anwachsen können, die dann als Wolkenkondensationskeime dienen würden. Die Teilchen müssen nämlich eine Mindestgröße von 50 Nanometern besitzen, sonst können sich keine Wolkentröpfchen darum bilden. Und ohne Wolken würde der ganze Svensmark-Solarverstärkerprozess nicht funktionieren.

Eines der Probleme ist, dass die mühsam am Tag unter Einwirkung der Sonnen-UV-Strahlung angewachsenen Teilchen gemäß den theoretischen Modellen nachts eigentlich wieder zerfallen müssten. Im März 2012 konnte das Svensmark-Team zeigen, dass dies jedoch in der Realität nicht der Fall ist. Die kosmische Strahlung erzeugt offenbar Elektronen, die die Schwefelsäureproduktion auch nachts zu einem gewissen Maße aufrechterhält (siehe unser Blogartikel „Henrik Svensmark schließt eine weitere Lücke in seinem Solarverstärker“).

Aber die Wissenschaft verfolgt auch eine andere heiße Spur: Gibt es vielleicht zusätzliche chemische Prozesse, die in den bisherigen Modellen bislang unberücksichtigt geblieben sind? Ja, es scheint sie in der Tat zu geben. Im Mai 2012 veröffentlichte eine französisch-deutsch-israelische Forschergruppe um Maria Eugenia Monge von der Universität Lyon im Fachmagazin PNAS eine Studie, in der sie einen ganz neuen Mechanismus zum Partikelwachstum beschreiben. In einer Pressemitteilung des am Projekt beteiligten Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung werden die aufsehenerregenden Ergebnisse wie folgt zusammengefasst (Fettsetzung wurde ergänzt)

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Der Tropengürtel dehnt sich aus: Die Hauptschuldigen sind Ruß und Ozonsmog, nicht das CO2

Im März 2008 veröffentlichte Greg Carmichael von der University of Iowa im Fachmagazin Nature Geoscience eine Studie, in der er zeigen konnte, dass Ruß („black carbon“) ein sehr starkes Treibhausgas ist. Co-Autor der Studie damals war Veerabhadran Ramanathan. Im folgenden Video erläutert Carmichael die Wirkungsweise dieses bis dahin signifikant unterschätzten Treibhaus-Aerosols. Die Autoren konnten zeigen, dass Ruß trotz vergleichsweise niedriger Emissionen von etwa 8 Millionen Tonnen für einen nicht zu unterschätzenden Teil der Erwärmung der letzten 100 Jahre verantwortlich gewesen sein muss.

Ruß kann im Wesentlichen auf zwei Wegen die Temperatur der Atmosphäre beeinflussen. Zum einen absorbieren die Rußpartikel das Sonnenlicht und strahlen die Wärme dann in die Atmosphäre ab. Zum anderen verringern die dunklen Partikel die Rückstrahlfähigkeit für Sonnenlicht auf Eis und Schnee (Verringerung der Albedo). Ruß hat insofern einen fatalen Effekt auf die Schnee- und Eisgebiete. Er absorbiert die Sonnenstrahlen, die sonst reflektiert würden, und erwärmt auf diese Weise die Oberfläche und bewirkt ein erhöhtes Schmelzen.

Ein Forscherteam um Rajan Chakrabarty vom Desert Research Institute in Reno, Nevada veröffentlichte im Mai 2012 in den Geophysical Research Letters eine Studie zum Erwärmungseffekt von Ruß im Brahmaputra Tal. Die Wissenschaftler führten hier im Januar-Februar Messungen der Ruß-Konzentration durch und fanden, dass die festgestellte hohe Ruß-Konzentration hier einen signifikanten Erwärmungsbetrag verursacht haben muss (siehe auch Beitrag von Roger Pielke Sr.).

„Ruß und Ozonsmog entstehen bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle oder Öl, aber auch bei Waldbränden. Seit den 1970er Jahren habe der Ausstoß dieser Luftschadstoffe vor allem über Südostasien stark zugenommen“ (scinexx). Nur über Teilen Europas und Nordamerikas haben die Rußemissionen infolge von Umweltschutzmaßnahmen abgenommen. Da Ruß nur eine Verweildauer in der Atmosphäre von nur einigen Tagen bis Wochen besitzt, ließe sich relativ schnell etwas gegen diesen Wärmetreiber unternehmen – viel leichter als gegen das CO2. Auch der Ozonsmog ließe sich relativ leicht bekämpfen. Dies scheint die internationale Staatengemeinschaft nun realisiert zu haben. Im Mai 2012 bildete die G8-Gruppe der führenden Industrienationen eine Koalition mit dem Ziel, den Ausstoß kurzlebiger Treibhausgase wie etwa Ruß, Methan und teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW’s) zu reduzieren. Zur Gruppe gehören Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien, Russland, Kanada und die USA (siehe Bericht auf Climate Central).

Das kalifornische Air Resources Board hielt am 24. Mai 2012 eine Sitzung ab, auf der es einen Vortrag zur Klimawirkung von Ruß und anderer kurzlebiger Treibhausgase gab, welcher online als Video verfügbar ist (auf das Video-Symbol bei Agenda Item 12-3-2 klicken).

 

Ruß führte zur Ausdehnung der Tropen

Im Jahr 2008 publizierte eine Gruppe um die NOAA-Forscherin Dian Seidel in Nature Geoscience eine Studie, in der die Ausdehnung des tropischen Klimagürtels während der vergangenen Jahrzehnte festgestellt und analysiert wurde.

„Um durchschnittlich 0,36° Breitengrade pro Jahrzehnt dehnt sich die tropische Klimazone nach Norden aus. Die sich daraus ergebende ‚Verbreiterung‘ der Hadley-Zirkulation verschiebt ihrerseits die trockenen Gebiete des Subtropengürtels in Richtung Nordpol. Und auch die Zugbahnen der dynamischen Tiefdruckwirbel, welche in den mittleren Breiten das Wetter bestimmen, verlagern sich polwärts.“ (Quelle: MeteoKlima)

Die gängigen Klimamodelle konnten das Phänomen überraschenderweise nicht reproduzieren, wie die Wissenschaftler in dem Artikel 2008 darlegten.

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