Eis-Albedo-Rückkopplung

Eis-Albedo-Rückkopplung ist die Wechselwirkung zwischen Kryosphäre (schnee- und eisbedeckter Erdoberfläche) und globalem Klima. Nach den Begriffen der Regelungstechnik handelt es sich um eine „Positive Rückkopplung“, die die wirkende Ursache weiter verstärkt. Systeme mit positiver Rückkopplung können instabil werden und verhalten sich oft nichtlinear.

Anteil des in den Weltraum reflektierten Sonnenlichtes unterschiedlicher Erdoberflächenbeschaffenheiten

Schnee und Eis haben eine hohe Albedo (Rückstrahlvermögen des Sonnenlichts) von bis zu 90 %. Dem entsprechend gering ist die Absorption der einfallenden Sonnenenergie. Die Albedo von Wasser beträgt ca. 0,06, d. h., 94 % der einfallenden Sonnenenergie wird absorbiert, nur 6 % wird reflektiert. Die Albedo von Eisflächen beträgt ca. 0,5. Nur 50 % der einfallenden Sonnenenergie wird absorbiert. Schneebedecktes Eis hat mit einem Albedo von 0,9 das höchste Rückstrahlvermögen.^[1] Wasser und Boden absorbieren 80–90 % und heizen sich auf – was die unteren Luftschichten erwärmt, die globale Erdmitteltemperatur langsam ansteigen lässt und so zum weltweiten Abschmelzen weiterer Schnee- und Eisflächen führt. Umgekehrt könnte eine einmal begonnene Abkühlung zu einer Ausdehnung von Schnee- und Eisflächen, damit zu einer erhöhten Rückstrahlung und zu weiterer Abkühlung führen.

Die Eis-Albedo-Rückkopplung hat Relevanz bei der globalen Erwärmung. Erste Modellrechnungen gehen auf den russischen Klimatologen Michail Budyko in den 1960er Jahren zurück. Derzeit ist als Folge der globalen Erwärmung in der Arktis vielerorts eine zunehmende Gletscherschmelze und ein Verschwinden arktischen Polareises erkennbar.

Die Stärke der Eis-Albedo-Rückkopplung erkennt man beispielsweise daran, dass in polaren Breiten auch im Sommer niedrige Temperaturen vorherrschen, obwohl die in dieser Zeit über 24 Stunden eingestrahlte Energiemenge größer ist, als am Äquator.^[2][3] Neben der Schmelzenthalpie des Eises ist dies in erster Linie auf die starke Albedo der Schnee- und Eisflächen zurückzuführen.

In Klimamodellen wird der Einfluss der Eis-Albedo-Rückkopplung berücksichtigt. Eine im Jahr 2011 erschienene Studie deutet jedoch darauf hin, dass alle für den im Jahr 2007 erschienenen IPCC-Report verwendeten Modelle den Effekt unterschätzten; wenngleich die Messwerte aufgrund des relativ kurzen Beobachtungszeitraums von nur einer Normalperiode sicherlich fehlerbehaftet sind, so ist der Unterschied zu dem in den Klimamodellen angenommenen Feedback doch zu ausgeprägt, um gänzlich einem Messfehler zugeschrieben werden zu können. Laut der Studie beläuft sich der zusätzliche Strahlungsantrieb, der in den letzten 30 Jahren durch eine Verringerung der Eis-Albedo-Rückkopplung entstand, auf ca. 0,45 W/m² bzw. 30 % des Strahlungsantriebs des seit der Industrialisierung vom Menschen emittierten CO₂ und liegt damit doppelt so hoch wie in aktuellen Klimamodellen angenommen wird. Die Ursachen sind unklar und nicht notwendigerweise in der globalen Erwärmung zu finden.^[4]

Es wird vermutet, dass die Arktis aufgrund der Eis-Albedo-Rückkopplung möglicherweise einen sogenannter Tipping-Point im globalen Klimasystem darstellt, von dem an sich die Erwärmung stark nichtlinear weiter beschleunigt und auch nach Reduktion einer hohen Treibhausgaskonzentration hohe Temperaturen erhalten bleiben (Hysterese). Aktuelle Forschungsarbeiten widersprechen dieser Annahme zumindest auf kurzen Zeitskalen: Es zeigt sich, dass die Abstrahlung in den Wintermonaten in der Größenordnung des Energiezustroms im Sommer liegt und eine Erholung der Eisflächen bei nur wenigen Jahren geringer Eisbedeckung möglich ist.^[5]

Einzelnachweise

1. ↑ National Snow and Ice Data Center
2. ↑ Wolfgang Weischert: Einführung in die Allgemeine Klimatologie. Physikalische und meteorologische Grundlagen, Verlag Borntraeger Gebrueder, ISBN 978-3443071424
3. ↑ Climate and Earth's Energy Budget, Artikel auf earthobservatory.nasa.gov
4. ↑ Loss of reflectivity in the Arctic doubles estimate of climate models. ScienceDaily, 18. Januar 2011, abgerufen am 21 Januar 2011 von
5. ↑ Tietsche, S., D. Notz, J. H. Jungclaus, and J. Marotzke (2011), Recovery mechanisms of Arctic summer sea ice, Geophys. Res. Lett., 38, L02707, doi:10.1029/2010GL045698. http://www.seas.harvard.edu/climate/seminars/pdfs/Tietsche_GRL_2011.pdf Online verfügbar]

Weblinks

• José P. Peixóto, Abraham H. Oort: Physics of climate. In: Reviews of Modern Physics. 56, Nr. 3, 1. Juni 1984, S. 365, doi:10.1103/RevModPhys.56.365.