Wie der „Elefant im Wolkenzirkus“ das Treibhaus zertrampelt

Sie bringen Regen oder Schnee sowie in ihrer Abwesenheit Sonnenschein oder freie Sicht auf die Sterne: Wolken. Ihrer Vielfalt zum Trotz werden Wolken in vielen Klimamodellen kaum beachtet und stattdessen auf lediglich einen Wert von 70 Prozent reduziert. Dass dies niemals die Wirklichkeit abbilden könne, erkannte auch der Physiknobelpreisträger des Jahres 2022, Dr. John Francis Clauser, als er vor einigen Jahren über den Pazifik segelte.

Der höchst variantenreiche „Himmelszirkus“ der Wolken gleiche dem sprichwörtlichen „rosa Elefanten“, der einfach nicht gesehen werde, so der Quantenphysiker. Wolken mit einer einzigen Zahl darzustellen, werde ihnen nicht gerecht. Und das kann jeder selbst am eigenen Leib nachvollziehen.

Ebenfalls mit den Wolken beschäftigt hat sich der Diplom-Chemiker Dr. Gerhard Stehlik, ehemaliger „zugewählter Sachverständiger für Umweltpolitik“ der FDP auf Bundes- und Europaebene. In einem früheren Gastartikel für die Epoch Times beschreibt er mit einfacher Mathematik, warum ein Großteil der Klimamodelle einem Rechenfehler aufgesessen sind.

Nun ist er Dr. Clausers Elefant im Klimaraum nachgelaufen. Sein persönliches Fazit: Der Elefant, den viele Klimaforscher nicht gesehen haben oder vielleicht auch gar nicht sehen wollten, ist ein wahres Trampeltier, welches das CO₂-Treibhaus der Atmosphäre vollständig zertrampelt.

Wetterbericht zeigt eiskalten Elefanten

Obwohl es Wolken natürlich ganzjährig gibt, zeigten gerade die vergangenen Tage mit ihrer sonnig-kalten Schnee-Wetterlage das wechselhafte und janusköpfige Wechselspiel der Wolken. In Nächten ohne Wolken purzelten die Temperaturen weit unter den Gefrierpunkt, in wolkenverhangenen Nächten hingegen lagen die Bodentemperaturen um null Grad Celsius oder darüber.

Viele Autofahrer werden bestätigen können, dass sie vor allem nach sternenklaren Nächten kratzen müssen. Doch auch Nicht-Autofahrer können erfahren, welche Bedeutung wärmenden Nachtwolken zukommt. Ein Blick auf das Thermometer oder in den Wetterbericht genügt.

Wettervorhersage vom Freitag, 19. Januar 2024, im Hessischen Rundfunk. Auf den klaren Sonntagmorgen mit „bitterkalten“ Temperaturen folgt ein wolkenreicher und „sehr milder“ Wochenbeginn. Foto: Bildschirmfoto „alle wetter!“, ARD Mediathek

So zeigte das Flüssigkeitsthermometer an meiner der Morgensonne zugewandten Hauswand auch am Vormittag des 20. Januar, einem sonnig-frostigen Sonntag, minus vier Grad Celsius an. In anderen Regionen Deutschlands dürften die Temperaturen ähnlich gewesen sein.

Wem es zu dieser Jahreszeit zu kalt ist, der kann denselben Effekt zu jeder anderen Jahreszeit ebenfalls erleben. Während laue Nächte meist mit Wolken einhergehen, sollten sich Sternengucker auch im Sommer insbesondere vor Sonnenaufgang warm anziehen.

„Kalt wird es von ganz allein“

Wärme und Licht der Sonne stehen nicht ohne Grund im Vordergrund der Wahrnehmung, da man sie sehen und fühlen kann. Eng damit verbunden sind vielen Menschen auch die Tagwolken bewusst.

Nachtwolken sind indes weniger bekannt, was mehrere Ursachen haben könnte. Einerseits kann der Weltraum nur indirekt über Mond und Sterne hinaus gesehen werden. Das Gleiche gilt für Nachtwolken, wenn sie eben jene verdecken und falls Menschen nachts wach sind.

Andererseits verändert sich die Sonnenwärme im Tagesverlauf spürbar, während die Weltraumkälte zu jeder Jahres- und Tageszeit konstant ist. Bleibt etwas immer gleich, gewöhnen sich die Menschen daran, bis sie es schließlich ausblenden.

Wissenschaftler haben noch einen anderen Grund zu sagen, „kalt wird es von ganz allein“. Dies ist Gegenstand des sogenannten zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. Er besagt, dass Energie – im konkreten Fall Wärme – nur von einem hohen Niveau zu einem niedrigen Niveau übergehen kann. Sprich, Gegenstände werden von Natur aus lediglich kälter.

Das trifft auch auf die Erde zu, wobei die Erde zwar kälter ist als die Sonne, aber wärmer als der Weltraum. Würde die Temperatur der Erde allein von der Sonne beeinflusst, würde sie sich immer weiter aufheizen, bis die Erde dieselbe Temperatur wie die Sonne hätte. Gäbe es die Sonne nicht, würde die Erde immer weiter auskühlen, bis Erde und Weltraum dieselbe Temperatur hätten. Wolken in der Erdatmosphäre bremsen sowohl die Erwärmung als auch die Abkühlung.

Wolken sind nicht gleich Wolken – Teil 1

Das wesentliche Merkmal unserer Atmosphäre für unser Auge ist die Durchsichtigkeit, weshalb wir Sonne, Mond und Sterne sehen können. Dass die Atmosphäre auch für die Wärme der Sonne durchlässig ist, können wir zwar nicht sehen, aber auf der Haut unmittelbar fühlen. Je mehr und dichter die Wolken am Tag sind, desto weniger Sonnenwärme erreicht die Erdoberfläche.

Da die Erde wärmer ist als der Weltraum, strahlt sie nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ebenfalls Wärme ab. Anders als die Sonneneinstrahlung geschieht die Erdabstrahlung jedoch allseits und zu jeder Zeit, sprich, auch in der Nacht. Offensichtlich schatten also Wolken die Sonne ab und kühlen die Erdoberfläche. Gleichzeitig verdecken Wolken auch das Weltall und verhindern so die Aussendung der Wärmestrahlung von unterhalb der Wolken aus.

Die Tatsache, dass die Sonne nur tagsüber und auch nur auf eine Hälfte der Erde scheint, während das Weltall unseren Planeten immer und überall umgibt, führt zu dem Schluss, dass die wärmende Wirkung von Wolken größer sein muss als die kühlende.

Hinzu kommt, dass wärmere Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann. Daraus folgt wiederum, dass die Wärme der Sonne Wolken verschwinden lässt, während die Kälte des Weltraums Wolken hervorbringt. – In beiden Fällen wird die Erde wärmer. – Der Vollständigkeit halber sei zudem erwähnt, dass unterschiedliche Wolkentypen ebenfalls unterschiedlich wirken. Inwieweit sich diese Einflüsse aufheben, ist nicht abschließend geklärt.

Vom Treibhaus zum Kühlhaus

Bereits 2005 erklärte ein deutscher Wolkenforscher, dass das extrem wechselhafte Spiel der Wolken auch mit der Satellitentechnik nicht so genau erfasst werden kann, dass der Einfluss der Wolken auf die Erdtemperatur berechnet werden könne.

In der Klimawissenschaft bestimmen vier Größen die Temperatur der Erde: Mit 1.371 Watt pro Quadratmeter scheint die Sonne auf die Erde. Das geometrische Verhältnis von Kugeloberfläche zur besonnten Kreisscheibe der Erde beträgt 4:1. Wolken bekommen den erwähnten Faktor 0,7. Schließlich beschreibt die sogenannte Stefan-Boltzmann-Konstante mit der Zahl 0,0000000567 die Umwandlung von Energie in Temperatur.

Daraus ergibt sich eine theoretische Erdtemperatur von minus 18 Grad Celsius. Die Abweichung zur realen Temperatur von +15 °C wird den Treibhausgasen, allen voran CO₂, zugeschrieben.

Zwar scheint die Festlegung des „Wolkenfaktors“ nicht völlig aus der Luft gegriffen zu sein, der Wert von 70 Prozent oder 0,7 lässt jedoch vermuten, dass nur die kühlenden Tagwolken berücksichtigt wurden. Diese schatten bekanntlich die Erdoberfläche ab und reduzieren – daher ein Wert unter 1 – die einfallende Sonnenstrahlung.

Gleichzeitig wirken Wolken jedoch auch in die andere Richtung. Das hat zur Folge, dass Wolken im Allgemeinen und Nachtwolken im Speziellen wärmend wirken und einen Faktor größer eins nach sich ziehen. Ersetzt man in derselben Rechnung die Zahl 0,7 der (Tag-)Wolken mit dem Faktor 1,7, erhält man statt -18 °C eine theoretische Temperatur von +45 °C. In diesem Fall müsste die Atmosphäre folglich kein Treibhaus, sondern ein Kühlhaus sein, das die Erde um 20 °C abkühlt.

Wolken sind nicht gleich Wolken – Teil 2

Obgleich die physikalisch-chemische Erklärung anhand experimenteller Stoffdaten des Wassers den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, zeigt das Ergebnis, dass Wolken sowohl einen wärmenden als auch einen kühlenden Einfluss auf die Temperaturen haben müssen. Dies entspricht auch dem, was jeder fühlen kann: Bewölkte Nächte sind wärmer als klare Nächte. Bewölkte Tage hingegen sind kälter als klare.

Diese Unterschiede bewirken jedoch auch, dass einem beliebigen Wolkenfaktor verschiedene Bedingungen zugrunde liegen können. Das gilt selbstredend auch für den Faktor, der zu einer Erwärmung um +33 °C führt, welche das Treibhaus Atmosphäre leisten soll. So führt ein Wolkenfaktor von knapp 1,15 zu einer theoretischen Temperatur von +15 °C und damit zu jener Temperatur, die derzeit als globale Mitteltemperatur angegeben wird.

Anders gesagt, Wolken können nicht nur den gesamten Treibhauseffekt erklären. Obendrein gibt es unzählig viele Kombinationen aus wärmenden Gesamtwolken und kühlenden Tagwolken, die dies können.

Auf einer wärmeren Erde überwiegen dabei die Nachtwolken, während eine kältere Erde mehr Tagwolken erfordert. Letzteres entspricht allerdings nicht der „Natur der Wolken“, respektive nicht der Physik von Wasser in flüssigem und gasförmigem Zustand.

Die Wetteraufzeichnungen zeigen zudem, dass die Anzahl der Sonnenstunden in den vergangenen Jahrzehnten zugenommen hat. Mehr Sonne heißt jedoch auch weniger Wolken, und zwar insbesondere weniger – kühlende – Tagwolken.

Über den Autor:

Dr. Gerhard Stehlik ist an der TH Karlsruhe ausgebildeter Diplom-Chemiker (1969), der von Prof. Dr. Werner Zeil an der in Gründung befindlichen Reformuniversität Ulm zum Doktor der Naturwissenschaft auf dem Gebiet der Physikalischen Chemie promoviert wurde (1972). Diplom- und Doktorarbeit wurden in der Zeitschrift für Naturforschung veröffentlicht.

Er erfüllte von 1973 bis 2000 als Führungskraft der ehemaligen Degussa AG am Forschungs- und Technologie-Standort Hanau-Wolfgang (dem ehemaligen deutschen „Atom-Dorf“) verschiedene Aufgaben in Forschung, Anwendungstechnik, Qualitätsmanagement und als Datenspezialist für medizinische Notfälle.

Dieser Artikel wurde am 14.02.2024 aktualisiert, um Missverständnisse in der Berechnung vorzubeugen.

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