Ist vielleicht etwas anderes als der Mensch die Ursache?

Behauptung: „Kosmische Strahlung verursacht den Klimawandel“

Behauptung: Der Klimawandel ist in Wahrheit auf Veränderungen der kosmischen Strahlung zurückzuführen. Diese beeinflusst die Bildung von Wolken, die dann die Erdoberflächentemperatur verändern.

Fakt ist: Es gibt bislang keine Hinweise, dass kosmische Strahlung das Klima wesentlich beeinflusst. Die Strahlung ist seit Jahrzehnten etwa gleich stark, während die Erdtemperatur zügig steigt

Antwort: 

Ein Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Wolkenbildung (und damit dem Klima) konnte bislang experimentell noch nicht bestätigt werden. Bisher konnte lediglich ein Teileffekt im Labor nachgewiesen werden, der Weg von diesem Experiment zur realen Wolkenbildung ist jedoch weit. Doch selbst wenn sich die Theorie bewahrheiten sollte, erscheint es unwahrscheinlich, dass der Einfluss kosmischer Strahlung deutlich stärker sein könnte als der bereits in Klimamodellen einbezogene Einfluss der Sonneneinstrahlung.

Die Theorie, dass das Klima und die kosmische Strahlung (engl. „cosmic ray flux“, CRF) zusammenhängen, wird vor allem von Henrik Svensmark vertreten, einem Professor des dänischen Nationalen Weltrauminstituts (Svensmark/Friis-Christensen 1997). Er geht davon aus, dass die Ionisierung der Erdatmosphäre durch kosmische Strahlung zusätzliche Kondensationskeime schaffe, welche die Wolkenbildung verstärkten. Eine erhöhte Wolkenbedeckung wiederum führt zu einer Abkühlung an der Erdoberfläche.

Grundsätzlich und unabhängig von fehlenden Belegen für die Theorie von Svensmark ist festzuhalten, dass die kosmische Strahlung in den vergangenen 50 Jahren keine signifikante Veränderung gezeigt hat (Abbildung 1) – und somit schwerlich den Temperaturanstieg in den letzten Jahrzehnten erklären kann.

Kosmische Strahlung

Abbildung 1: Jahresmittel der kosmischen Strahlung, gemessen vom Neutronenmonitor Climax im US-Bundesstaat Colorado während der letzten drei (gelbe Punkte), vier (rot) und fünf (blau) Sonnen-Zyklen (die Werte nach 2006 basieren auf Grund einer Unterbrechung der Datenserie auf Werten, die anhand von Messungen anderer Stationen umgerechnet wurden). Sowohl der Trend der vergangenen 54 Jahre (1956-2009, letzte fünf Zyklen, dicke blaue Linie) als auch über die letzten 33 Jahre (1977-2009, letzte drei Zyklen, gelbe Linie), ist leicht positiv. Das aber würde gemäß der Theorie Svensmarks mehr Wolken bedeuten – und damit eine Abkühlung an der Erdoberfläche. Zu beobachten aber ist bekanntlich eine deutliche Erwärmung  Quelle: Daten: NOAA / Grafik:ProClim Bern

Dessen ungeachtet haben sich in den vergangenen Jahren zahlreiche Wissenschaftler mit Svensmarks Theorie befasst. Diese Arbeiten erbrachten zum behaupteten Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Erdoberflächentemperatur eine ganze Reihe widersprechender Ergebnisse:

  • In Laborexperimenten konnte zwar bestätigt werden, dass kosmische Strahlung die Bildung von Aerosol-Partikeln beeinflusst, die eine Vorstufe für Kondensationskeime sind; dies gelang beispielsweise durch das CLOUD-Projekt am Schweizer Kernforschungszentrum CERN (Kirkby et al. 2011). Offen blieb zunächst, ob dies in der realen Atmosphäre, die bereits viele Keime enthält, eine signifikante Änderung der Anzahl oder Größe der Keime bewirken kann.
  • Die vermehrte Partikelbildung ist jedoch lediglich der erste Schritt in einem dreistufigen Prozess. Als zweiter Schritt müssen sich hunderte Partikel zusammenballen, bis die sogenannten Kondensationskeime entstehen. Und diese Keime müssen dann drittens auch noch tatsächlich Wasserdampf anziehen, bevor ein Tröpfchen einer neuen Wolke entsteht. Ob und welchen Einfluss kosmische Strahlung auf diese notwendigen zweiten und dritten Schritte der Wolkenbildung hat, war lange unklar. Der IPCC kam 2013 in Band 1 seines Weltklimabericht zu der Bewertung, der Einfluss scheine gering zu sein (IPCC 2013, AR5, WG I, Kap. 7.4.6.2). Spätere Ergebnisse des erwähnten CLOUD-Experiments am CERN bestätigten dies: "Der Effekt von Veränderungen in der Intensität kosmischer Strahlung auf die Bildung von Wolkenkeimen ist klein" (Gordon et al. 2017) und "haben in der heutigen Atmosphäre keinen merklichen Effekt auf das Klima" (Dunne et al. 2016). 
  • Simulationen des von Svensmark vermuteten physikalischen Mechanismus’ in einem Klimamodell, das die relevanten physikalischen Einzelprozesse enthält, ergaben, dass die Änderungen der kosmischen Strahlung um zwei Größenordnungen zu schwach sind, um die behaupteten Folgen bei der Wolkenbildung verursachen zu können (Pierce und Adams 2009).
  • Eine umfangreiche gleichzeitige Messung von Wolkenkeimen, kosmischer Strahlung, Sonnenstrahlung und Ionisierung über 13 Jahre zeigte keinen Zusammenhang zwischen der Ionisation durch kosmische Strahlung und der Bildung von Wolkenkeimen (Kulmala et al. 2010).
  • Obwohl die Bildung von Wolkenkondensationskeimen nur wenige Tage benötigt und überall in der Atmosphäre stattfindet, konnte ein Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Wolkensystemen bisher nur in jährlichen Zeiträumen und vor allem über dem Meer gefunden werden. Die Untersuchung (Svensmark et al. 2009), die einen Zusammenhang zwischen starken kurzfristigen Pulsen kosmischer Strahlung (so genannten Forbush-Ereignissen) festzustellen behauptete, stellte sich als unzulänglich heraus (Calogovic et al. 2010).
  • Die beobachtete Korrelation zwischen kosmischer Strahlung und Wolkenbildung, die von Befürwortern der Svensmark-Theorie oft ins Feld geführt wird, beschränkt sich auf die untersten Wolkenschichten - der Ionisierungsprozess findet hingegen hauptsächlich in der oberen Atmosphäre statt (Yu 2002). Zudem tritt der Zusammenhang nur im Jahresvergleich und in einigen Meeresregionen auf (Usoskin et al. 2004).
  • Udelhofen/Cess (2001) entdeckten einen 11-jährigen Zyklus bei der Wolkenbedeckung der USA, der synchron mit dem Sonnenzyklus verlief, aber keinen Zusammenhang mit der kosmischen Strahlung zeigt. Im Gegenteil: Die Untersuchungen zeigten eine entgegengesetzte Korrelation zu der von Svensmark beschriebenen. Andere Studien konnte überhaupt keinen Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Wolkensystemen finden (Wagner et al. 2001, Sun und Bradley 2002). Zudem haben sich die Korrelationen nach Verlängerung der Datenreihen als nicht robust herausgestellt (Agee et al. 2012).
  • Es gibt erhebliche Einwände gegen die Verlässlichkeit der von Svensmark verwendeten Wolken-Daten (sie stammen aus dem Satellitenprojekt ISCCP). Bei diesen hat sich nämlich herausgestellt, dass bestimmte Messergebnisse mit der Abdeckung der betreffenden Gebiete durch bestimmte Satelliten korrelieren (Norris 2000, Pallé 2001). Andere Studien haben bestätigt, dass gewisse Entwicklungstrends in den ISCCP-Datensätzen mit der geometrischen Ausrichtung der Satelliten zusammenhängen und möglicherweise gar nicht mit physikalischen Veränderungen in der Atmosphäre (Evan et al. 2007).
  • Behauptungen, dass sich der Einfluss kosmischer Strahlung auf das Erdklima über Millionen von Jahren nachzeichnen lasse (Shaviv/Veizer 2003), sind von anderen Wissenschaftlern zurückgewiesen worden (Rahmstorf et al. 2004).

Fazit: Ein Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Wolkenbildung (und damit dem Klima) konnte bislang experimentell nicht bestätigt werden; beobachtet wurden lediglich Korrelationen in bestimmten Regionen und für eher kurze Zeiträume. Es gibt hingegen zahlreiche Messungen und Hinweise, die darauf hindeuten, dass der Einfluss allenfalls minimal ist - er sei "zu schwach, um einen signifkanten Einfluss auf auf Wolken und Klima zu haben", heißt es zusammenfassend in einer aktuellen Übersicht des Forschungsstandes (Pierce 2017). Zudem stehen Sonnenstrahlung und kosmische Strahlung in so enger Verbindung, dass eine Unterscheidung der Einflüsse beider Faktoren auf das Klima der Erde fast unmöglich ist.

Obwohl die von Henrik Svensmark aufgestellten Theorien physikalisch durchaus plausibel klingen, gibt es bislang keine klaren Hinweise, dass sie zutreffend sind. Insbesondere scheint es unwahrscheinlich, dass der Einfluss der kosmischen Strahlung auf die Wolkenbildung – selbst wenn er existiert – das Klima spürbar verändern könnte.

Urs Neu/klimafakten.de, November 2011;
zuletzt aktualisiert: August 2017