Erzählte man die Geschichte der Klimaforschung als Heldenepos, ginge sie in etwa so: Bis ins 19. Jahrhundert stolperten die Menschen durch die Zeit, unfähig, sich einen Reim auf die Umwelt zu machen. Die Jahreszeiten wiederholten sich, aber mal waren Sommer kalt und nass, mal heiß und trocken. Daraus einen Trend ableiten, gar eine Prognose für die nächsten Jahrzehnte? Unmöglich. Zu groß waren die Schwankungen, zu groß die Launen der Natur.

Das galt selbst dann noch, als die ersten Naturwissenschaftler die Bühne betraten. Zwar vermuteten einige von ihnen schon vor 120 Jahren, dass das CO₂ aus Fabriken und Dampfmaschinen eine unsichtbare Decke über unseren Köpfen einzieht. Wie in einem gigantischen Treibhaus, das das Licht der Sonne zur Erde dringen lässt, die am Boden reflektierte Wärme aber in sich hält. Doch was machte das Kohlendioxid mit dem Planeten? Und welche Rolle spielte der Mensch dabei?

Es sollte es bis in die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts dauern, bis sich Expertinnen und Experten in diesen Fragen weitgehend einig wurden. Vor allem zwei der diesjährigen Physik-Nobelpreisträger hatten großen Anteil daran: Der US-Forscher Syukuro Manabe konnte in den Siebzigerjahren zeigen, dass es das CO₂ aus menschlichen Aktivitäten ist, das unseren Planeten aufheizt, und nicht etwa die Sonne, die mal mehr und mal weniger Energie zur Erde schickt. Der Hamburger Meteorologe Klaus Hasselmann entwickelte eine Methode, mit der man trotz der Schwankungen im alltäglichen Wetter die Klimatrends der Zukunft erkennen kann. Der dritte Preisträger, der italienische Physiker Giorgio Parisi, gilt wiederum als Meister der Komplexitätsforschung, gewissermaßen die Basis für jedes tiefere Verständnis der Erdatmosphäre.

Dort, zwischen Myriaden verschiedener Moleküle, zwischen Kaltfronten und Zirruswolken, stößt der menschliche Forschergeist schnell an seine Grenzen. Das Chaos beherrscht die Atmosphäre, sie ist ein System, in dem selbst kleine Veränderungen große Folgen haben können. Und Umwälzungen gibt es laufend, sei es durch Jahreszeiten, Wolken, Vulkane oder das Wetter an jedem beliebigen Ort. Wie nur soll sich in diesem ständigen Wirrwarr der langfristige Effekt von CO₂ erfassen lassen, einer chemischen Verbindung, die nicht einmal 0,1 Prozent der gesamten Atmosphäre ausmacht?

Manabe lieferte Grundlagen für moderne Klimamodelle

Syukuro Manabe näherte sich dem Chaos in den Sechzigerjahren mit dem, was man heute eine Computersimulation nennen würde. Er überlegte sich, was in einer schmalen, 40 Kilometer hohen Luftsäule passieren würde, wenn man ihr immer mehr CO₂ hinzufügt. Die Rechnung ließ er in einem der riesigen Rechenzentren durchführen, auf die Forschende damals bereits Zugriff hatten, Hunderte Stunden dauerte das, was sich heute mit jedem Smartphone erledigen ließe.

Schließlich spuckte die Maschine ein Ergebnis aus: Nahe am Boden wurde die Luft mit steigendem CO₂-Gehalt wärmer, oberhalb von 20 Kilometern, in der Stratosphäre, hingegen kühler. Und genau so ist es auch Jahrzehnte später deutlich zu beobachten. Das Gas erwärmt den Planeten und seine unteren Luftschichten, es sind seine Eigenschaften, die die Erde in ein Treibhaus verwandeln. Wäre die Sonne für steigende Temperaturen verantwortlich, würde sich die Atmosphäre gleichmäßig erwärmen, hält das Nobelkomitee fest.