«Beeinflusst galaktische kosmische Strahlung die Wolkenbildung?» Diese Frage ist eine Hypothese, mit der die Klimaänderung der letzten Jahrzehnte mit natürlichen Ursachen erklärt werden könnte. Die Hypothese basiert auf der Korrelation zwischen den Veränderungen der galaktischen kosmischen Strahlung und dem Bedeckungsgrad tiefliegender Wolken über einen Zeitraum von 5-10 Jahren. Allerdings ist diese Korrelation weder über längere Zeiträume robust noch wenn die Analyse auf bestimmte Wolkentypen oder Regionen beschränkt wird.

Wie sollte Hypothese 1 funktionieren? Die Hypothese basiert auf der durch Ionen erhöhten Aerosolbildung in sauberer Luft über dem Ozean. In dieser Luft gibt es zu wenig Schwefelsäure, als dass sich hinreichend Aerosolpartikel bilden würden. Deshalb kommt den Ionen eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Aerosolpartikeln zu. Die Hypothese wurde im CLOUD-Experiment im CERN evaluiert (siehe Blogbeitrag von Stefan Brönnimann vom 3. Mai 2012 unter weiterführende Links zur Meldung und Kirkby et al., Science, 2011). Die Ergebnisse zeigen Folgendes: Ionen können die Bildung von Schwefelsäure-Aerosolpartikeln auslösen und deren Anzahl erhöhen - jedoch nur in der mittleren und oberen Troposphäre, nicht aber in den untersten Schichten der Atmosphäre, in der sich die oben genannten tiefliegenden Wolken befinden.

Ein weiteres Problem mit dieser Hypothese ist, dass selbst wenn sich Aerosolpartikel durch Ionen bilden, diese erst noch bis zur Grösse von Wolkentröpfchen anwachsen müssten, bis das galaktische Signal in der Wolkenbildung sichtbar wäre. Ob das passieren kann, wurde mit einigen globalen Klimamodell-Simulationen geprüft. Diese Simulationen zeigten, dass das Signal der kosmischen Strahlung nicht gross genug ist, um die Konzentration der Wolkentröpfchen und damit die von den Wolken reflektierte Sonnenstrahlung signifikant zu erhöhen. Diese Hypothese ist demnach keine Erklärung für die Klimaänderung.

Hypothese 2: Kosmische Strahlung verändert elektrisches Feld

Eine zweite Hypothese besagt, dass die kosmische Strahlung das globale elektrische Feld verändern könnte, und so die Wechselwirkungen beeinflusst zwischen Aerosolpartikeln und Wolkentröpfchen an den Rändern der Wolken. Unser Verständnis dieses Mechanismus ist noch sehr limitiert ebenso wie die Studien in dieser Richtung. Zurzeit gibt es jedoch keine Anzeichen, dass dieser Mechanismus bedeutend genug ist, um klimarelevant zu sein.

Hypothesen können Klimaänderung nicht erklären

Fazit: Selbst wenn die galaktische kosmische Strahlung zu einer erhöhten Aerosolbildung in der mittleren und oberen Troposphäre beiträgt, ist dieser Mechanismus zu schwach, um global die Konzentration von Wolkentröpfchen signifikant zu beeinflussen. Somit lässt sich die Klimaänderung des letzten Jahrhunderts nicht mit natürlichen Ursachen erklären, sondern ist mit grosser Sicherheit menschengemacht.

(Prof. Ulrike Lohmann/ETH-Klimablog)