Erdatmosphäre kühlt rasch ab: Wissenschaftler finden endgültige Ursache

Nun haben Forscher der Columbia University den dafür verantwortlichen Mechanismus identifiziert.

Ihre neue Studie zeigt, dass die Abkühlung eng mit der Wechselwirkung (CO₂) mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen in der oberen Atmosphäre verbunden ist. „Dies erklärt ein Phänomen, das als Fingerabdruck des Klimawandels gilt, seit Jahrzehnten bekannt ist, aber bisher nicht verstanden wurde", sagt Robert Pincus, Forschungsprofessor für Ozean- und Klimaphysik Lamont-Doherty Earth Observatory, das zur Columbia Climate School gehört, und Mitautor der Nature Geoscience veröffentlichten Studie.

Warum CO₂ die Erde erwärmt, aber die Stratosphäre kühlt In der Nähe der Erdoberfläche fängt CO₂ Wärme ein, die sonst ins All entweichen würde, und trägt so zum globalen Erwärmung bei. In höheren Atmosphärenschichten ändert sich das jedoch drastisch.

Technik, Energie und Einsatz

In der Stratosphäre, die sich etwa zwischen 11 km und 50 km über der Erdoberfläche erstreckt, verhält sich CO₂ weniger wie eine Wärmefalle und mehr wie ein Kühlsystem. Die Moleküle absorbieren die geben einen Teil dieser Energie wieder ins All ab.

Steigt die CO₂-Konzentration, wird die Stratosphäre noch effizienter bei der Wärmeabgabe, wodurch sich dort die Temperaturen senken. Wissenschaftler haben diesen Effekt bereits in den 1960er-Jahren durch wegweisende Klimamodelle des Klimaforschers Syukuro Manabe vorhergesagt, dessen Arbeit später mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.

Seit Mitte der 1980er-Jahre ist die Stratosphäre um etwa zwei Grad Celsius abgekühlt. Forscher schätzen, dass diese Abkühlung mehr als das Zehnfache beträgt, was ohne menschengemachte CO₂-Emissionen eingetreten wäre.

Technik und Auswirkungen

Trotzdem blieben viele Details des Prozesses ungelöst. „Die bestehende Theorie war außerordentlich einleuchtend, aber derzeit fehlt uns eine quantitative Theorie für die durch CO₂ verursachte Abkühlung der Stratosphäre", sagt Sean Cohen, Postdoktorand Lamont-Doherty Earth Observatory, das zur Columbia Climate School gehört und der Hauptautor der Studie ist.

Die Infrarot-„Goldilocks-Zone" Um das Phänomen besser zu verstehen, arbeitete Cohen zusammen mit Pincus und Lorenzo Polvani, einem Geophysiker Department Applied Physics and Applied Mathematics der Columbia Engineering. Das Team verfeinerte mathematische Modelle, die die Prozesse der stratosphärischen Abkühlung simulieren, wiederholt.

Sie verglichen ihre Berechnungen mit fortschrittlichen Klimasimulationen und realen Beobachtungen und passten die Gleichungen über mehrere Monate an, bis die Ergebnisse übereinstimmten. Die Forscher stellten fest, dass ein Faktor über alle anderen hervorstach: die Wechselwirkung ₂ mit Infrarotlicht, auch als langwellige Strahlung bezeichnet.

Verschiedene Infrarotwellenlängen verhalten sich in der

Verschiedene Infrarotwellenlängen verhalten sich in der Atmosphäre unterschiedlich. Manche sind deutlich wirksamer beim Kühlen als andere. Das Team identifizierte einen besonders effizienten Wellenlängenbereich, den es als „Goldilocks-Zone" bezeichnete.

Während die atmosphärischen CO₂-Konzentrationen weiter ansteigen, erweitert sich diese Zone. „Es sind diese Veränderungen der Effizienz, die letztlich die Abkühlung der Stratosphäre antreiben werden", sagt Cohen.

Die Studie untersuchte zudem den Einfluss Gase spielen ähnliche Rollen, indem sie Wärme in den tieferen Schichten der Atmosphäre speichern und gleichzeitig durch Wärmestrahlung zur Abkühlung in höheren Schichten beitragen. Die Forscher stellten jedoch fest, dass ihre Gesamtwirkung auf die Abkühlung der Stratosphäre Vergleich zu CO₂ gering ist.

Technik und Auswirkungen

Wie die Abkühlung in der oberen Atmosphäre die Erwärmung unten verstärkt Die Gleichungen des Teams reproduzierten erfolgreich mehrere langbeobachtete atmosphärische Muster. Die Modelle zeigen, dass die Abkühlung mit zunehmender Höhe stärker wird: Die schwächste Abkühlung findet sich tiefer in der Stratosphäre, die stärkste nahe ihrer oberen Grenze.

Zudem bestätigten sie, dass jede Verdopplung der CO₂-Konzentration etwa 8 Grad Celsius Abkühlung an der Stratopause, dem oberen Rand der Stratosphäre, bewirkt. Die Ergebnisse offenbaren zudem einen Klimarückkopplungseffekt: Eine erhöhte CO₂-Konzentration ermöglicht es der Stratosphäre, Wärme effizienter abstrahlen, wodurch dieser Bereich abkühlt.

Doch während die Stratosphäre abkühlt, gibt das Erdsystem insgesamt weniger Infrarotenergie in den Weltraum ab, sodass mehr Wärme näher an der Oberfläche zurückgehalten wird. „Dieser Prozess war uns bereits seit über 50 Jahren bekannt, und wir verfügten über ein recht gutes qualitatives Verständnis dafür, wie er funktioniert.

Technik und Auswirkungen

Allerdings verstanden wir die Details nicht, was diesen Prozess mechanisch tatsächlich antreibt", sagt Cohen. Nach Ansicht es bei der Studie nicht darum, den Existenznachweis für die globale Erwärmung zu erbringen.

Stattdessen liefert es ein klareres Verständnis eines der wichtigsten atmosphärischen Prozesse Klimawandel. „Dies verrät uns wirklich, was essenziell ist", sagt Pincus.

Die Forschung könnte auch Wissenschaftlern helfen, die Atmosphären jenseits der Erde zu untersuchen, einschließlich derer und. „Vielleicht können wir besser verstehen, was in den Stratosphären anderer Planeten unseres Sonnensystems oder ", sagt Cohen.

Referenz: „Stratosphärische Abkühlung und Verstärkung der Strahlungsantriebsänderung bei steigendem Kohlendioxid", Robert Pincus und Lorenzo M. Polvani, 11. Mai 2026, Nature Geoscience. DOI: 10.1038/s41561-026-01965-8