POTSDAM – Eine Studie des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK), veröffentlicht in PNAS, enthüllt erstmals, dass die Atmosphäre ein physikalisches Gedächtnis besitzt, das den Monsunregen weltweit steuert. Dieses Gedächtnis speichert Feuchtigkeit und ermöglicht abrupte Umschaltungen zwischen trockenen und feuchten Zuständen. Störungen dieses empfindlichen Gleichgewichts durch Klimaveränderungen könnten gravierende Folgen für Milliarden Menschen haben.
Bisher wurde angenommen, dass Monsunregen primär durch Sonneneinstrahlung ausgelöst wird, die im Frühling zunimmt und im Herbst abnimmt. Die neue Studie zeigt jedoch, dass die Atmosphäre Wasserdampf über Wochen speichert, was den Beginn und die Aufrechterhaltung des Monsuns bestimmt. Im Frühjahr sammelt die Atmosphäre nach einer langen Trockenperiode Feuchtigkeit, bis der Regen einsetzt. Im Herbst bleibt die Luft feucht, auch wenn die Sonneneinstrahlung nachlässt, wodurch der Monsun länger anhält. Dieses Verhalten, als Bistabilität bezeichnet, bedeutet, dass die Atmosphäre bei gleicher Sonneneinstrahlung entweder trocken oder feucht sein kann, abhängig von ihrem vorherigen Zustand.
Die Forschenden kombinierten Beobachtungsdaten aus Monsunregionen wie Indien, China, Indonesien und Brasilien mit Computersimulationen und thermodynamischen Berechnungen. In einem idealisierten „Monsunplaneten“-Modell, entwickelt an der Princeton University, isolierten sie die Atmosphärendynamik von trägen Systemen wie Ozeanen. Die Ergebnisse belegen, dass die Atmosphäre allein durch Wasserdampfspeicherung ein Gedächtnis entwickelt. Eine robuste Wassersäule in der Atmosphäre stabilisiert den Zustand über Wochen. Der Kipppunkt liegt bei etwa 35 Kilogramm Wasserdampf pro Quadratmeter: Überschreitet die Atmosphäre diese Schwelle, beginnt der Monsun; fällt sie darunter, endet er abrupt.
Dieses Schalterverhalten ähnelt Kippprozessen im Klimasystem, ist jedoch einzigartig, da der Monsun jährlich zwischen zwei Zuständen wechselt. Die Studie legt nahe, dass dieser Kipppunkt durch Beobachtungsdaten präzise bestimmt werden könnte, was die Entwicklung eines Frühwarnsystems ermöglicht. Bisher galt ein solches Gedächtnis in der Atmosphäre als unmöglich, da es typischerweise trägen Systemen wie Ozeanen oder Eisschilden zugeschrieben wurde.
Die Entdeckung hat weitreichende Implikationen. Monsunregen ist für die Landwirtschaft und Wasserversorgung von Milliarden Menschen in Asien, Südamerika und Afrika essenziell. In Indien beispielsweise hängen über 60 Prozent der landwirtschaftlichen Produktion vom Monsun ab, wie die Weltbank berichtet. Störungen durch globale Erwärmung oder Luftverschmutzung könnten den Rhythmus des Monsuns aus dem Gleichgewicht bringen. Eine Verzögerung oder ein Ausbleiben des Regens würde Ernteausfälle, Wasserknappheit und wirtschaftliche Verluste verursachen, während verstärkte Regenfälle Überschwemmungen und Infrastrukturschäden riskieren. In China, wo der Ostasiatische Monsun etwa 500 Millionen Menschen versorgt, könnten solche Störungen die Nahrungsmittelsicherheit gefährden.
Die Studie unterstreicht die Anfälligkeit des Monsunsystems. Globale Erwärmung, die laut dem IPCC die Niederschlagsmuster verändert, könnte die Wasserdampfspeicherung beeinflussen und Kipppunkte verschieben. Luftverschmutzung, insbesondere Aerosole, schwächt in Regionen wie Südasien die Monsundynamik, wie Beobachtungen der NASA zeigen. Solche Störungen könnten das empfindliche Gleichgewicht destabilisieren, mit globalen Folgen für Landwirtschaft, Wirtschaft und Migration.
Die Forschenden betonen die Notwendigkeit, das Monsunsystem besser zu verstehen, um Anpassungsstrategien zu entwickeln. Ein Frühwarnsystem, basierend auf dem identifizierten Kipppunkt, könnte Regierungen helfen, rechtzeitig Maßnahmen gegen Dürren oder Überschwemmungen zu ergreifen. Die Erkenntnisse verdeutlichen zudem die Komplexität des Klimasystems und die Dringlichkeit, menschliche Einflüsse wie Treibhausgasemissionen zu reduzieren, um die Stabilität des Monsuns zu bewahren. Für Milliarden Menschen hängt davon nicht nur die Lebensgrundlage, sondern auch die gesellschaftliche Stabilität ab.
