Steigende Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid (CO₂) erwärmen die unteren Luftschichten der Erde, zugleich aber kühlt sich die Stratosphäre in großer Höhe ab. Eine neue Studie in der Fachzeitschrift Nature Geoscience erklärt nun genauer, wie dieser Effekt entsteht und zeigt, weshalb er den Einfluss von Treibhausgasen auf das Klima zusätzlich verstärkt.
Hintergrund und Ergebnisse
Dass die Atmosphärenschichten unterschiedlich auf steigende CO₂-Konzentrationen reagieren, gehört zu den Erkenntnissen der bisherigen Klimaforschung. Während sich die untersten Luftschichten der Troposphäre erwärmen, sinken die Temperaturen in der darüberliegenden Stratosphäre. Warum die Stratosphäre jedoch in genau dieser Weise abkühlt, war bislang nur teilweise verstanden worden. Eine nun in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlichte Studie liefert dafür eine detaillierte Erklärung. Die Forschenden analysierten, wie Kohlenstoffdioxid Wärmestrahlung in unterschiedlichen Höhen der Atmosphäre und verschiedenen Wellenlängenbereichen absorbiert sowie wieder abstrahlt. Nach den Untersuchungen der Autoren entsteht die Abkühlung durch die höhenabhängigen Strahlungseigenschaften von Kohlenstoffdioxid. In der dünnen Luft der Stratosphäre kann Kohlenstoffdioxid Wärmeenergie besonders effizient ins Weltall abstrahlen. Dadurch verliert diese Atmosphärenschicht mehr Energie, als sie aufnimmt, und folglich sinkt deren Temperatur (Abb. 1).
Abb. 1: Erwärmung der Troposphäre und Abkühlung der Stratosphäre bei steigenden Kohlenstoffdioxidkonzentrationen. Quelle: Studie in der Fachzeitschrift Nature Geoscience. Abgerufen am 02.06.2026.
Die Studie zeigt außerdem, dass die Abkühlung mit zunehmender Höhe stärker ausfällt. Wasserdampf und Ozon wirken dabei dämpfend, verändern aber zugleich die vertikale Struktur des Effekts. Je nach Höhe kommt es bei jeder Verdopplung der CO₂-Konzentration zu einer zusätzlichen Abkühlung von mehreren Grad Celsius (Abb. 1). Besonders relevant ist ein weiterer Befund der Untersuchung: Die stratosphärische Abkühlung verstärkt den gesamten Strahlungsantrieb von Kohlenstoffdioxid deutlich. Laut den Autoren erhöht sich der Klimaeffekt von CO₂ dadurch um etwa 50 Prozent.
Fazit
Die neue Studie liefert eine Erklärung dafür, weshalb steigende CO₂-Konzentrationen die Stratosphäre abkühlen. Die Ergebnisse der Studie helfen nicht nur dabei, grundlegende Prozesse des Klimasystems besser zu verstehen. Sie können auch zur präziseren Berechnung zukünftiger Klimaentwicklungen beitragen. Die Forschenden betonen zudem, dass die Abkühlung der Stratosphäre eine spezielle Folge der physikalischen Eigenschaften von Kohlenstoffdioxid ist.