Unser lebender Planet ist einzigartig unter allem, was wir bisher im Universum erforschen konnten. Von unserer axialen Neigung, die zu viele Temperaturextreme verhindert, bis hin zu unserer Position in der Goldlöckchenzone hängt das Leben auf der Erde von vielen fein ausbalancierten, miteinander verwobenen Zyklen ab, die zusammenkommen, um genau die Umstände zu schaffen, die wir brauchen, um zu gedeihen.
Einer dieser Zyklen ist das empfindliche Energiesystem der Erde – die Ein- und Ausgänge der von der Sonne empfangenen Energie.
Dieser Zyklus diktiert alle planetaren Klimasysteme. Auf dem Mars wird angenommen, dass die saisonale Änderung des Energieungleichgewichts – etwa 15,3 Prozent zwischen den Jahreszeiten des Mars, verglichen mit 0,4 Prozent auf der Erde – die berüchtigten epischen Staubstürme des Planeten verursacht.
Zumindest eine Zeit lang, vor den 1750er Jahren, war dieser schwankende Energiekreislauf auf der Erde relativ ausgeglichen. Aber wir haben jetzt ein Ungleichgewicht geschaffen, das sich kürzlich in nur 15 Jahren verdoppelt hat.
„Das Netto-Energieungleichgewicht wird berechnet, indem man anschaut, wie viel Wärme von der Sonne absorbiert wird und wie viel zurück in den Weltraum abstrahlen kann“, erklärt Atmosphärenwissenschaftler Kevin Trenberth vom National Center for Atmospheric Research.
„Noch ist es nicht möglich, das Ungleichgewicht direkt zu messen, der einzig praktikable Weg, es abzuschätzen, ist eine Bestandsaufnahme der Energieänderungen.“
Trenberth und der Atmosphärenphysiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Lijing Cheng, überprüften Daten von allen Komponenten des Klimasystems: Land, Eis, Ozean und Atmosphäre zwischen 2000 und 2019, um eine Bestandsaufnahme dieser Veränderungen vorzunehmen.
Die Erdatmosphäre reflektiert fast ein Viertel der Energie, die auf sie trifft, im Gegensatz zum Mond, der die volle Wirkung der Sonnenenergie aufnimmt, was zu Oberflächentemperaturen von etwa 100 °C (212 °F) führt. Der Großteil dieser Energie wird dann vom Mond absorbiert und als thermische Infrarotstrahlung, besser bekannt als Wärme, wieder in den Weltraum abgestrahlt.
Wiederum ist es die Atmosphäre, die diesen Prozess hier auf der Erde verändert. Einige Moleküle in unserer Atmosphäre fangen diese Wärme ein, bevor sie den Weltraum erreichen, und halten sie fest. Unglücklicherweise sind dies die Treibhausgase, die den Planeten jetzt effektiv in eine zu kuschelige Decke am oberen Ende der Atmosphäre gehüllt haben.
Diese zusätzlich eingeschlossene Energie ändert nicht nur den Ort, an dem sie landet, sondern beeinflusst auch ihre Umgebung auf dem Weg zu ihrem endgültigen Bestimmungsort, erklären die Forscher in ihrer Arbeit.
„Es ist wichtig, den Nettoenergiegewinn zu verstehen und wie viel und wo Wärme innerhalb des Erdsystems umverteilt wird“, schreiben sie. “Wie viel Wärme könnte dorthin transportiert werden, wo sie durch Strahlung von der Erde entfernt werden kann, um die Erwärmung zu begrenzen?”
Während sich alle hauptsächlich auf steigende Temperaturen konzentriert haben, ist dies nur ein Produkt dieser zusätzlichen Energie. Nur 4 Prozent davon fließen in die Erwärmung des Landes und weitere 3 Prozent in das Schmelzen von Eis, haben Trenberth und Cheng herausgefunden.
Fast 93 Prozent werden vom Ozean absorbiert, fanden sie heraus, und wir werden bereits Zeuge der unangenehmen Folgen.
Obwohl weniger als 1 Prozent der überschüssigen Energie in unserer Atmosphäre herumwirbelt, reicht dies aus, um die Schwere und Häufigkeit extremer Wetterereignisse, von Dürren bis hin zu Überschwemmungen, direkt zu erhöhen.
Allerdings kann auch die erhöhte atmosphärische Turbulenz hilfreich sein.
“Diese Wetterereignisse bewegen Energie und helfen dem Klimasystem, Energie loszuwerden, indem sie sie in den Weltraum abstrahlen”, erklären die Forscher.
Wolken und Eis tragen auch dazu bei, Sonnenstrahlung zu reflektieren, bevor sie zu langwelliger Wärme wird, die die Gase einfangen. Aber sowohl reflektierende Wolken als auch Eis werden durch Störungen in diesem Energiekreislauf reduziert.
Es fehlen immer noch zu viele Informationen für ein umfassendes Erdsystemmodell, das spezifische Ergebnisse über den kurzfristigen Zeitraum hinaus genau vorhersagt, sagen Trenberth und Cheng. Aber durch die Einbeziehung ihres Erdenergie-Ungleichgewichtsrahmens, der jede Komponente des Erdsystems berücksichtigt, kann dies verbessert werden.
„Die Modellierung des Energieungleichgewichts der Erde ist eine Herausforderung, und die relevanten Beobachtungen und ihre Synthese müssen verbessert werden“, schließt Cheng.
„Zu verstehen, wie alle Energieformen über den Globus verteilt sind und zurück in den Weltraum abgestrahlt oder zurückgestrahlt werden, wird uns ein besseres Verständnis für unsere Zukunft geben.“
Diese Studie wurde veröffentlicht in Umweltforschung Klima.