Feedbacks – Rückkopplungen

Der deutsche Begriff ist “Rückkopplung”, im Englischen heißt es “Climate Feedback“. Gemeint sind Prozesse, die in der Zukunft Auswirkungen “auf sich selbst” haben. Wie auch im Alltag kann das Feedback positiv oder negativ ausfallen. Positive Rückkopplung bedeutet, dass ein Effekt sich selbst verstärkt, bei negativer Rückkopplung ist entsprechend das Umgekehrte der Fall und der Effekt schwächt sich in der Folge selbst ab. Aber genug der Theorie, sehen wir uns einige praktische Beispiele an.

Starten wir mit der positiven Rückkopplung. Dazu ein kurzer Einschub zum Thema “Albedo” vorweg: Der Begriff bezeichnet das Reflektionsvermögen einer Oberfläche, also wie viel der einfallenden Strahlung absorbiert wird und wie viel zurückgeworfen wird. Je dunkler ein Körper ist, desto mehr absorbiert er, aber auch die Glattheit der Oberfläche spielt eine Rolle. Ein glatt polierter Spiegel reflektiert bekanntermaßen besser als raues Strukturglas. Die Albedo von Wasser zum Beispiel ist sehr niedrig, da etwa 90 % der Strahlung absorbiert werden. Frisch gefallener Schnee hingegen hat eine hohe Albedo, fast 80 % des Lichtes werden reflektiert. Nun zurück zur Rückkopplung und zum sogenannten “Eis-Albedo-Effekt”. Wenn Schnee oder Eis an den Polen schmelzen, kommt darunter Wasser oder Erdoberfläche zum Vorschein. Diese sind dunkler als Schnee und Eis, haben demnach eine geringere Albedo. Wird viel Sonnenstrahlung absorbiert, heizt sich die Oberfläche auf und sorgt dafür, dass noch mehr Eis schmilzt. Es wird mehr dunkler Untergrund freigelegt und man beginnt sich im Kreis zu drehen. Genauso funktioniert es aber auch andersherum. Fällt Schnee, wird der Boden heller, reflektiert mehr Licht, wird folglich weniger erwärmt und es kann sich weiterer Schnee sammeln.

Einen ähnlich wirkenden Effekt gibt es in der Atmosphäre. In der Luft befindet sich neben Gasen wie Stickstoff oder Sauerstoff auch ein (prozentual geringer) Teil Wasserdampf. Dieser sorgt als Treibhausgas dafür, dass es auf der Erde wärmer wird. Je wärmer es ist, desto mehr Wasser kann verdunsten, das wiederum sein Treibhauspotential entfalten kann. Damit wird es noch wärmer und noch mehr Wasserdampf kann verdunsten …

Mit der Verdunstung von Wasser ist es aber nicht ganz so einfach. Gibt es Kondensationskerne in der Luft, bilden sich Wolken. Die Wolken sind hell, das heißt, sie haben eine hohe Albedo, reflektieren also viel Sonnenlicht. Dieses Licht kann nicht mehr zum Erdboden gelangen, wo es wärmen und Wasser verdunsten könnte. Wenn weniger Wasser verdunstet, gibt es weniger Wasserdampf in der Luft, der Wolken formen könnte. Damit haben wir ein erstes Beispiel für sich selbst abschwächende Effekte.

Etwas physikalischer und weniger greifbar ist die sogenannte “Planck-Rückkopplung”. Jeder Körper, der wärmer als der absolute Nullpunkt ist (also -273,15 Grad Celsius), gibt Wärmestrahlung ab. Da so tiefe Temperaturen in der Natur nicht erreicht werden, trifft dies auf jeden Körper zu. Das Planck’sche Strahlungsgesetz beschreibt nun die Tatsache, dass die Intensität und die Wellenlänge der abgegebenen Strahlung von der Temperatur des Körpers abhängen. Je wärmer ein Körper ist, desto mehr Strahlung gibt er ab und desto kurzwelliger, also energiereicher wird diese Strahlung. Um nicht zu weit abzuschweifen, soll das als Grundlage genügen und wir können uns wieder dem negativen Feedback widmen. Erwärmt sich die Erde, erhöht sich nach diesem Gesetz auch die Strahlung, die sie ins All abgibt. Wenn mehr Strahlung abgegeben wird, verliert die Erde Wärme und kühlt ab. Das hat zur Folge, dass sie wiederum nicht mehr so viel Wärmeenergie abgeben kann und der Prozess sich selbst bremst.

Soweit ein kleiner Einblick in die Welt der Rückkopplung. Natürlich hängen auch die einzelnen Effekte miteinander zusammen und beeinflussen sich gegenseitig. Aber das würde an dieser Stelle zu weit führen.

Christina Kagel und
Dipl.-Met. Adrian Leyser

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Offenbach, den 04.09.2024
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