Klima-FAQ 8.1 | Wasserdampf

Wie wichtig ist Wasserdampf für den Klimawandel?

Als größter Beitragender zum natürlichen Treibhauseffekt spielt Wasserdampf eine wesentliche Rolle im Klima der Erde. Allerdings wird die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre überwiegend über die Lufttemperatur statt über Emissionen geregelt. Daher betrachten Wissenschaftler ihn eher als einen Rückkopplungsfaktor denn als einen Antrieb des Klimawandels. Anthropogene Wasserdampfemissionen durch Bewässerung oder Kraftwerkskühlung haben einen vernachlässigbaren Einfluss auf das globale Klima.

Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas in der Erdatmosphäre. Der Beitrag von Wasserdampf zum natürlichen Treibhauseffekt gegenüber dem von Kohlendioxid (CO2) hängt von der Berechnungsmethode ab, kann aber als ungefähr zwei- bis dreimal größer betrachtet werden. Zusätzlicher Wasserdampf wird der Atmosphäre durch anthropogene Aktivitäten zugeführt, größtenteils infolge vermehrter Verdunstung aus bewässertem Nutzpflanzenanbau, aber auch infolge von Kraftwerkskühlung und geringfügig infolge der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Man kann sich daher fragen, warum so ein starker Fokus auf CO2 und nicht auf Wasserdampf als Antrieb des Klimawandels liegt.

Wasserdampf verhält sich in einer grundlegenden Weise anders als CO2: Er kann kondensieren und sich niederschlagen. Wenn Luft mit hoher Feuchtigkeit abkühlt, kondensiert ein Teil des Wasserdampfes zu Wassertröpfchen oder Eispartikeln und fällt als Niederschlag aus. Die übliche Verweildauer von Wasserdampf in der Atmosphäre beträgt zehn Tage. Der Fluss von Wasserdampf in die Atmosphäre aus anthropogenen Quellen ist um einiges geringer als aus “natürlicher“ Verdunstung. Daher hat er einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Gesamtkonzentrationen und trägt nicht signifikant zum langfristigen Treibhauseffekt bei. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass troposphärischer Wasserdampf (üblicherweise unterhalb von 10 km Höhe) nicht als anthropogenes Gas betrachtet wird, das zum Strahlungsantrieb beiträgt.

Anthropogene Emissionen haben hingegen einen signifikanten Einfluss auf Wasserdampf in der Stratosphäre, der Schicht in der Atmosphäre oberhalb von etwa 10 km Höhe. Erhöhte Methankonzentrationen (CH4) aufgrund von Aktivitäten des Menschen führen über Oxidation zu einer zusätzlichen Wasserquelle, was die beobachteten Veränderungen in dieser Schicht der Atmosphäre teilweise erklärt. Diese Änderung des stratosphärischen Wassers hat Einfluss auf die Strahlung, wird als ein Antrieb betrachtet und kann abgeschätzt werden. Die stratosphärischen Wasserdampfkonzentrationen schwankten in den letzten Jahrzehnten signifikant. Das volle Ausmaß dieser Schwankungen wird noch nicht ganz verstanden und ist wahrscheinlich weniger ein Antrieb als ein Rückkopplungsprozess, der zur natürlichen Variabilität hinzukommt. Der Beitrag von stratosphärischem Wasserdampf zur Erwärmung, sowohl als Antrieb wie auch durch Rückkopplung, ist sehr viel kleiner als der durch CH4oder CO2.

FAQ 8.1, Abbildung 1 | Quelle: IPCC 2014

FAQ 8.1, Abbildung 1 | Darstellung des Wasserkreislaufs und seiner Wechselwirkung mit dem Treibhauseffekt. Die Teilabbildung oben links zeigt den relativen Anstieg des potenziellen Wasserdampfgehalts in der Luft bei Temperaturzunahme (ungefähr 7 % pro Grad). Die weißen Kringel stellen Verdunstung dar, die durch Niederschlag kompensiert wird, um den Wasserhaushalt auszugleichen. Die roten Pfeile stellen die von der Erdoberfläche ausgehende Infrarotstrahlung dar, die teilweise von Wasserdampf und anderen Gasen absorbiert wird – ein Prozess, der einen Bestandteil des Treibhauseffekts darstellt. Die stratosphärischen Prozesse sind in diese Abbildung nicht mit einbezogen.

Die maximale Menge an Wasserdampf in der Luft wird durch die Temperatur reguliert. Eine typische Luftsäule, die sich in Polarregionen von der Erdoberfläche bis zur Stratosphäre erstreckt, kann nur ein paar Kilogramm Wasserdampf pro Quadratmeter enthalten, während in einer gleichen Luftsäule in den Tropen bis zu 70 kg Wasserdampf pro Quadratmeter enthalten sein können. Mit jedem zusätzlichen Grad Lufttemperatur kann die Atmosphäre etwa 7 % mehr Wasserdampf halten (siehe Teilabbildung oben links in FAQ 8.1, Abbildung 1). Dieser Konzentrationsanstieg verstärkt den Treibhauseffekt und führt daher zu mehr Erwärmung. Dieser Prozess, der als Wasserdampfrückkopplung bezeichnet wird, ist gut verstanden und quantifiziert. Er kommt in allen Modellen vor, die zur Abschätzung des Klimawandels genutzt werden und seine Stärke dort stimmt mit Beobachtungen überein. Obwohl eine Zunahme von atmosphärischem Wasserdampf beobachtet wurde, wird diese Änderung als eine klimatische Rückkopplung (durch die angestiegene Temperatur der Atmosphäre) betrachtet und sollte nicht als ein Strahlungsantrieb aus anthropogenen Emissionen interpretiert werden.

Zurzeit hat Wasserdampf den größten Treibhauseffekt in der Erdatmosphäre. Andere Treibhausgase, vor allem CO2, sind jedoch notwendig, um die Anwesenheit von Wasserdampf in der Atmosphäre aufrechtzuerhalten. Würden diese anderen Gase aus der Atmosphäre entfernt, würde ihre Temperatur tatsächlich genügend absinken, um eine Abnahme des Wasserdampfes zu verursachen, was zu einem ungebremsten Rückgang des Treibhauseffektes führen und dadurch die Erde in einen gefrorenen Zustand stürzen würde. Demnach stellen die anderen Treibhausgase neben Wasserdampf diejenigen Temperaturbedingungen bereit, die das gegenwärtige Niveau atmosphärischen Wasserdampfs aufrechterhalten. Folglich stellt Wasserdampf, auch wenn CO2 die wichtigste anthropogene Stellschraube für das Klima ist, eine starke und schnelle Rückkopplung dar, die jeden Initial-Antrieb um einen Faktor zwischen typischerweise zwei und drei verstärkt. Wasserdampf ist kein signifikanter Initial-Antrieb, aber trotzdem ein grundlegender Akteur des Klimawandels.

 

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Diese deutsche Übersetzung sollte zitiert werden als:

IPCC 2014: Klimaänderung 2013: Naturwissenschaftliche Grundlagen. Häufig gestellte Fragen und Antworten – Teil des Beitrags der Arbeitsgruppe I zum Fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) [T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex und P.M. Midgley (Hrsg.)]. Deutsche Übersetzung durch die deutsche IPCC-Koordinierungsstelle und Klimabüro für Polargebiete und Meeresspiegelanstieg, Bonn, 2017.

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