Seit Beginn der Industrialisierung Mitte des 19. Jahrhunderts hat sich der CO2-Gehalt der Atmosphäre durch menschengemachte Emissionen deutlich erhöht. Schon in den 1860er Jahren erkannten Forschende zudem die wärmespeichernden Effekte des Treibhausgases und 1896 stellte der schwedische Chemiker Svante Arrhenius die Theorie auf, dass der von Menschen verursachte CO2-Ausstoß eine Erwärmung der Erde anfacht. Doch obwohl die Menschen bereits in den 1860er Jahren damit begannen, systematisch Klimadaten zu sammeln, fokussierten sie sich zunächst nur auf die Temperaturen in Bodennähe und waren damit noch nicht im Stande, einen menschengemachten Klimawandel nachzuweisen.
Veränderungen in der Stratosphäre
Doch was wäre, wenn die damaligen Messgeräte bereits die gleichen Möglichkeiten geboten hätten wie heutige satellitengestützte Radiometer, die die Temperatur in verschiedenen Schichten der Atmosphäre präzise erheben? Hätte man in diesem Fall bereits zu Arrhenius Zeiten erkennen können, dass sich das Klima durch menschliche Einflüsse ändert? Oder wäre der Effekt damals noch so klein gewesen, dass er sich nicht von natürlichen Schwankungen abgehoben hätte?
Dieser Frage hat sich ein Team um Benjamin Santer von der University of California in Los Angeles gewidmet. Auf der Suche nach einer Antwort nutzten die Forschenden Modellsimulationen historischer Klimaveränderungen und suchten darin nach Fingerabrücken menschlicher Aktivität. Da die Temperaturen an der Erdoberfläche großen Schwankungen unterliegen, konzentrierten sie sich auf mögliche Veränderungen in der mittleren bis oberen Stratosphäre, also in der zweiten Schicht der Erdatmosphäre. Das CO2 reichert sich vor allem in der untersten Schicht der Atmosphäre an, der sogenannten Troposphäre, und hält die Wärme dort fest. Bei zunehmendem Treibhauseffekt ist daher zu erwarten, dass sich die Stratosphäre abkühlt.
Frühes Warnsignal
Und tatsächlich: „Eine ausgeprägte Abkühlung der mittleren bis oberen Stratosphäre, die in erster Linie auf den anthropogenen Anstieg des Kohlendioxids zurückzuführen ist, wäre mit hoher Sicherheit bereits um 1885 erkennbar gewesen“, berichten Santer und seine Kollegen. „Das Muster dieser Abkühlung unterscheidet sich deutlich von den Mustern der intrinsischen Variabilität.“ Das galt auch, wenn die Forschenden zusätzliche Faktoren wie zyklische Schwankungen der Sonnenaktivität sowie Vulkanausbrüche auf der Erde einbezogen. „Hätten Forschende also bereits 1860 mit der Überwachung der atmosphärischen Temperatur begonnen, hätten sie nur 25 Jahre gebraucht, um das Signal der stratosphärischen Abkühlung zu erkennen, das durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe durch den Menschen und den damals noch relativ geringen Anstieg des CO2-Gehalts verursacht wurde.“
