Veränderung der Wolken

Wolken spielen im Wärmehaushalt der Erde eine wichtige Rolle. Dabei wirken sie auf unterschiedliche Weise. Zum einen reflektieren sie Teile der kurzwelligen Sonnenstrahlung, wodurch sie kühlend wirken. Zum anderen absorbieren sie die von der Erdoberfläche abgegebene langwellige Wärmestrahlung und strahlen sie teilweise wieder Richtung Erdboden. Über diesen Treibhauseffekt wirken sie wärmend. Diskutiert werden seit mehr als 20 Jahren RM-Methoden, die an beiden Mechanismen ansetzen. Unklar ist, inwieweit die künstliche Veränderung von Wolken in diesem Ausmaß den Wasserkreislauf und Luftströmungen in den unteren Schichten der Atmosphäre beeinflussen und verändern würde. Wissenschaftler befürchten, dass dadurch Klimaveränderungen in verschiedenen ­Regionen der Erde ausgelöst werden könnten.

Verstärkung der reflektierenden Wirkung von Wolken über dem Meer

Schon in den 1980er-Jahren erkannte man auf Satellitenbildern, dass sich an den Abgasfahnen von Schiffen über dem Meer unter bestimmten Bedingungen Wolken bilden und dass diese Wolken das kurzwellige Sonnenlicht ins All zurückstreuen. Dass Abgase besonders über entlegenen Meeresgebieten Wolken entstehen lassen, hat folgenden Grund: Für gewöhnlich ist die Luft über diesen Meeresgebieten besonders sauber. Sie enthält kaum Partikel, an denen die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit kondensieren könnte. Setzt man in diesen ­Gebieten künstlich Partikel frei, wie das auch bei den Schiffsabgasen der Fall ist, erhöht man die Menge der Kondensationskeime, sodass sich mehr Wolkentröpfchen bilden. Vor einigen Jahren kam die Idee auf, über den Ozeanen Salzwasser zu versprühen, da sich die darin enthaltenen Salzkristalle sehr gut als Kondensationskeime eignen. So könnte man über weiten Teilen der Ozeane künstlich Wolken, die sogenannten Stratokumulus-Wolken, erzeugen, die die Reflexion des kurzwelligen Sonnenlichts verstärken und insgesamt zu einer Abkühlung der Erde führen könnten. Inwieweit es dadurch regional oder überregional zu Klimaänderungen kommen könnte, ist aber offen.

Potenzial und Maßstab
Das Potenzial dieser Methode gilt als groß. Man schätzt, dass sich etwa drei Prozent der Erdoberfläche besonders für die künstliche Veränderung von Stratokumulus-Wolken eignen. Als besonders ergiebig gelten die Meeresgebiete der südlichen Ozeanbereiche, vor allem vor Namibia und Peru. Würden hier Wolken gezüchtet, könnte diese Methode bis zu 35 Prozent der derzeitigen Treibhausgas-Wirkung des Kohlendioxids kompensieren. Die Lebensdauer der einzelnen Wolken beträgt nur Stunden bis wenige Tage. Über der Fläche der tropischen Meeresgebiete müssten daher pro Sekunde rund um den Globus gut verteilt mit vielen Tausend Schiffen Seewasser versprüht werden.

Anwendungsreife und Forschungsbedarf
Inwieweit diese Methode wirtschaftlich und umweltverträglich ist, muss noch weiter untersucht werden. Zudem benötigte man energiesparende Sprühtechnologien. Zu bedenken ist auch, dass dieses Verfahren nur dann sinnvoll ist, wenn die Anlagen und Schiffe mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben werden. Grundsätzlich besteht die technische Heraus­forderung darin, die Salzwasser-Aerosole in die Höhe zu bringen, in der sich die Stratokumulus-Wolken bilden (mehrere hundert bis zu 2.000 Meter).

Auflösung von Zirrus-Wolken über den Polargebieten im Winter

Statt den abkühlenden Effekt der Wolken zu vergrößern, ist es auch denkbar, den erwärmenden Effekt zu verringern, indem man das Auflösen von Wolken beeinflusst. So wird eine RM-Methode diskutiert, mit der Zirrus-Wolken, die in einer Höhe von 5.000 bis 13.000 Metern vorkommen, aufgelöst oder zumindest verändert werden. Zirrus-Wolken bestehen aus Eiskristallen, die sowohl die kurzwellige Sonnenstrahlung als auch die langwellige Wärmestrahlung reflektieren. Auf welche Weise die Wolken wirken, hängt von der Höhe, der geografischen Breite oder auch der Form ihrer Eiskristalle ab. In den meisten Fällen werfen sie die langwellige Wärmestrahlung zum Erdboden zurück. Zirrus-Wolken tragen mithin eher zur Erwärmung der Erde bei. Dieser Effekt ist während der Polarnacht besonders ausgeprägt, da hier der kühlende Einfluss durch die Reflektion der Sonnenstrahlung wegfällt. Würden die Zirrus-Wolken nun aufgelöst bzw. ausgedünnt oder die Eigenschaften der Eiskristalle verändert, wäre der Weg für die langwellige Wärmestrahlung ins All frei: Die Erde könnte mehr Wärme abgeben. Theoretisch könnte man dies erreichen, indem Eiskeime in die Atmosphäre eingesät würden. Diese künstlichen Eiskeime ließen größere Eiskristalle entstehen, die schneller herabfallen, wodurch sich die Wolken auflösen könnten.

Potenzial
Derzeit kann kein Potenzial der Methode angegeben werden. Es ist möglich, dass sich die polaren Zirrus-Wolken gar nicht im gewünschten Sinne beeinflussen lassen und dass die Methode daher überhaupt nicht wirksam ist. Im optimalen Falle berechnen einige Modelle eine mögliche globale Abkühlung von 1 Grad Celsius. Der grundsätzliche Vorteil der Auflösung von Zirrus Wolken wäre, dass die Wärmestrahlung und nicht die Sonnenstrahlung beeinflusst wird. Insofern kann der Effekt der Treibhausgase eventuell besser kompensiert werden. Da durch die Veränderung oder Auflösung der Wolken die Strahlungsbilanz regional sehr unterschiedlich stark beeinflusst werden würde, erwarten Wissenschaftler, dass sich sowohl das Klima als auch der Wasserkreislauf in den betroffenen Regionen verändern könnten. Auch die meteorologischen Nebenwirkungen könnten groß sein und Einfluss auf das regionale Wetter haben.

Maßstab
Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Materialaufwand für die Verteilung der Eiskeime relativ gering wäre. Möglicherweise würde es reichen, die Partikel an geeigneten Orten mit Verkehrsflugzeugen auszubringen. Die benötigten Materialmengen lägen im Bereich von einigen Kilogramm pro Flug.

Anwendungsreife und Forschungsstand
Weil Bildung und Eigenschaften der polaren Zirrus-Wolken noch nicht ausreichend erforscht sind, ist es unklar, wie gut sie sich in der Praxis tatsächlich auflösen ließen. Daher lässt sich die Wirkung dieser Methode bislang nicht exakt einschätzen.