Die Bilanz: Was ankommt, muss wieder hinaus
Die Erde bekommt ihre Energie fast ausschließlich von der Sonne. Über die ganze Kugel und über Tag und Nacht gemittelt, sind das rund 340 Watt je Quadratmeter. Knapp ein Drittel davon, rund 100 W/m², geht gleich wieder zurück ins All: Wolken, Eis, Schnee und helle Flächen spiegeln es weg. Dieser Anteil heißt Albedo; Satellitenmessungen ergeben für die ganze Erde etwa 0,29, gerundet 0,3.
Die übrigen rund 240 W/m² erwärmen Boden, Meer und Luft. Auf Dauer muss dieselbe Menge wieder hinaus, sonst würde die Erde immer wärmer oder immer kälter. Hinaus geht sie nur auf einem Weg: als Wärmestrahlung (Infrarot), die jeder Körper abgibt — je wärmer, desto mehr. Rechnet man zurück, wie warm ein Körper sein muss, um 240 W/m² abzustrahlen, kommt man auf etwa −18 °C. Die Erdoberfläche liegt im Mittel aber bei rund +15 °C. Die Differenz von rund 33 Grad ist der natürliche Treibhauseffekt.
Ehrlich eingeordnet: Die −18 °C sind ein Gedankenexperiment, keine Welt, die es geben könnte. Sie setzen die heutige Albedo voraus, also auch die heutigen Wolken — die es ohne Wasserdampf gar nicht gäbe. Als Maß dafür, wie viel die Atmosphäre ausmacht, taugen sie trotzdem, und so verwenden sie auch der Deutsche Wetterdienst und das Umweltbundesamt.
Auch die Albedo selbst steht nicht fest. 2023 erreichte sie einen Tiefstwert, vor allem weil es über den mittleren Breiten der Nordhalbkugel und in den Tropen weniger tiefe Wolken gab; ohne diesen Effekt wäre das Jahr im Mittel gut zwei Zehntelgrad kühler gewesen (Goessling und Kollegen, 2025). Offen ist, wie viel davon zufällige Schwankung ist, wie viel auf weniger Aerosole in der Luft zurückgeht (etwa durch schwefelärmeren Schiffstreibstoff seit 2020) und wie viel auf eine beginnende Rückkopplung der Erwärmung.
Warum Luft Wärme festhält — und warum der Name schief ist
Sonnenlicht ist kurzwellig und kommt großenteils durch die Luft. Die Wärmestrahlung der Erde ist langwellig, und die schlucken einige Gase: vor allem Wasserdampf, Kohlendioxid (CO₂), Methan, Lachgas und Ozon. Stickstoff und Sauerstoff, zusammen rund 99 % der trockenen Luft, lassen sie praktisch ungehindert durch. Dass ein Spurengas mit heute gut 0,04 % so viel ausmacht, liegt also nicht an seiner Menge, sondern daran, dass die Hauptgase an dieser Stelle gar nichts tun.
Was die Gase aufnehmen, geben sie fast ganz durch Stöße an die übrige Luft weiter. Zugleich strahlen sie selbst, je nach ihrer Temperatur, in alle Richtungen, auch nach unten — das ist die Gegenstrahlung im Schema oben. Ins All entweicht die Wärmestrahlung im Mittel erst aus einigen Kilometern Höhe, grob aus fünf, wo es entsprechend kalt ist: ungefähr jene −18 °C. Kommt mehr Treibhausgas dazu, rückt diese Abstrahlhöhe nach oben, in noch kältere Luft. Kältere Luft strahlt weniger ab, also geht zunächst weniger Energie hinaus als hereinkommt, und die Erde erwärmt sich, bis die Bilanz wieder stimmt. Im Kleinen kennt man das Prinzip aus bewölkten Nächten, die milder bleiben als klare (Tagesgang der Temperatur).
Mit einem Gewächshaus hat das wenig zu tun. Ein Glashaus bleibt vor allem warm, weil die erwärmte Luft darin nicht aufsteigen und weggetragen werden kann. Die Atmosphäre hat kein Dach; sie hält Strahlung zurück, nicht Luft. Der Name ist ein eingebürgertes Bild, keine Erklärung. Oft verwechselt wird der Treibhauseffekt auch mit dem Ozonloch: Das ist ein anderes Problem mit anderer Ursache, auch wenn es Berührungspunkte gibt.
Wasserdampf verstärkt, CO₂ stellt ein
Den größten Anteil am heutigen Treibhauseffekt hat der Wasserdampf. Eine Aufteilung mit einem Strahlungsmodell der NASA (Schmidt und Kollegen, 2010) kommt auf etwa die Hälfte für Wasserdampf, ein Viertel für Wolken und ein Fünftel für CO₂; der Rest entfällt auf die übrigen Gase. Ganz eindeutig sind solche Anteile nicht, weil sich die Gase überlappen: Wo Wasserdampf eine Wellenlänge schon schluckt, ändert CO₂ dort wenig, und umgekehrt.
Der Regler ist der Wasserdampf trotzdem nicht. Wie viel davon in der Luft ist, hängt an der Temperatur: Wärmere Luft kann je Grad rund 7 % mehr Wasserdampf aufnehmen (Luftfeuchtigkeit), und was zu viel ist, regnet binnen Tagen aus. CO₂ dagegen bleibt: ein guter Teil davon über Jahrhunderte, ein Teil sogar über Jahrtausende. Lacis und Kollegen (2010) nennen CO₂ deshalb den „Steuerknopf“: Die nicht kondensierenden Gase — CO₂, Methan, Lachgas und andere — tragen in ihrer Rechnung etwa ein Viertel zum Treibhauseffekt bei, setzen aber den Rahmen, an den sich Wasserdampf und Wolken anpassen.
Daraus folgt die wichtigste Rückkopplung: Erwärmt CO₂ die Luft, nimmt sie mehr Wasserdampf auf, und der wärmt weiter. Allein diese Wasserdampf-Rückkopplung verdoppelt ungefähr die Erwärmung, die es ohne sie gäbe; ohne jede Rückkopplung brächte eine CO₂-Verdopplung nur etwa 1,2 Grad. Die größte offene Frage sind die Wolken: Sie kühlen, indem sie Sonnenlicht zurückwerfen, und wärmen, indem sie Wärmestrahlung festhalten. Wie sich beides mit der Erwärmung verschiebt, ist der Hauptgrund, warum die Antwort weiter unten eine Spanne ist.
Warum mehr CO₂ nicht „gesättigt“ ist
Ein beliebter Einwand lautet: CO₂ schlucke in seinem Hauptband bei 15 Mikrometern längst alles, was es schlucken kann, mehr davon ändere nichts. In der Mitte des Bandes stimmt das tatsächlich. An den Rändern des Bandes absorbiert CO₂ aber schwächer, und dort wird die Luft mit jeder Zugabe undurchlässiger; zugleich rückt die Abstrahlhöhe weiter nach oben. Das Ergebnis ist kein Deckel, sondern ein Logarithmus: Jede Verdopplung bringt ungefähr gleich viel zusätzlichen Antrieb, jedenfalls im heute wichtigen Bereich von einigen hundert ppm (Pierrehumbert, 2011; Romps, Seeley und Edman, 2022). Von 280 auf 560 ppm wirkt also grob so viel wie von 560 auf 1120 ppm — wie grob, steht zwei Absätze weiter.
Wie viel ist „ungefähr gleich viel“? Zwei Zahlen sind im Umlauf, und diese Seite nennt beide. Der sechste Bericht des Weltklimarats (IPCC, 2021) setzt für eine Verdopplung 3,93 ± 0,47 W/m² an. Die ältere, weit verbreitete Formel von Myhre und Kollegen (1998), 5,35 × ln(C/C₀), ergibt rund 3,7 W/m². Der Unterschied von etwa 6 % ist kein Widerspruch, sondern neuere Forschung und eine andere Definition: Die alte Formel berücksichtigt nur die schnelle Anpassung der Stratosphäre; der IPCC-Wert enthält zusätzlich schnelle Anpassungen in der unteren Atmosphäre (Temperatur, Feuchte, Wolken).
Auch der Logarithmus ist eine Näherung. Neuere Rechnungen zeigen, dass der Antrieb je Verdopplung vom Ausgangszustand abhängt und bei hohen Konzentrationen eher größer wird (He und Kollegen, 2023); der IPCC-Bericht selbst rechnet mit einer verfeinerten Formel. Für die Größenordnung reicht der Logarithmus, für die Nachkommastelle nicht.
Wie viel wärmer je Verdopplung? Die Klimasensitivität
Die Frage, wie viel wärmer es bei doppeltem CO₂ wird, hat einen Namen: Gleichgewichts-Klimasensitivität, kurz ECS. Gemeint ist die Erwärmung, wenn sich nach einer Verdopplung alles außer den großen Eisschilden eingependelt hat, auch die tiefen Ozeane — das dauert Jahrhunderte. Daneben gibt es die vorübergehende Klimareaktion, kurz TCR: die Erwärmung in dem Moment, in dem sich CO₂ verdoppelt hat, wenn es rund 70 Jahre lang um 1 % pro Jahr gestiegen ist. Sie ist kleiner, weil der Ozean bis dahin noch Wärme schluckt.
| Angabe | ECS | TCR |
|---|---|---|
| bester Schätzwert | 3 °C | 1,8 °C |
| wahrscheinlich | 2,5 bis 4 °C | 1,4 bis 2,2 °C |
| sehr wahrscheinlich | 2 bis 5 °C | 1,2 bis 2,4 °C |
„Wahrscheinlich“ ist beim IPCC ein festgelegter Begriff: mindestens 66 % Wahrscheinlichkeit; „sehr wahrscheinlich“ heißt mindestens 90 %. Selbst die äußere Spanne schließt also nicht alles aus. Und die beiden Enden sind nicht gleich gut belegt: Bei der Untergrenze von 2 °C hat der Bericht hohes Vertrauen, bei der Obergrenze von 5 °C mittleres.
Die Spanne selbst hat eine lange Geschichte. 1979 kam eine Arbeitsgruppe um Jule Charney für die US-Akademie der Wissenschaften auf 3 ± 1,5 °C, also 1,5 bis 4,5 °C. Die ersten IPCC-Berichte übernahmen sie im Kern. 2007 engte der vierte Bericht sie auf 2 bis 4,5 °C ein, 2013 kehrte der fünfte zu 1,5 bis 4,5 °C zurück, weil neue Abschätzungen aus der gemessenen Erwärmung niedriger lagen — auch eine Spanne kann also wieder breiter werden. Deutlich enger wurde sie 2021. Der Bericht stützte sich dabei, wie zuvor eine große Auswertung von Sherwood und Kollegen (2020), auf mehrere unabhängige Beweislinien: das Verständnis der einzelnen Prozesse, die gemessene Erwärmung und die Klimageschichte. Jahrzehntelang eine breite Spanne zu nennen statt einer scheinbar genauen Zahl, war keine Schwäche der Forschung, sondern ehrlich.
Zum Ausprobieren: CO₂ hoch, Erwärmung als Band
Der Regler rechnet eine einzige Formel: Gleichgewichtserwärmung = ECS × log₂(C / C₀), mit C₀ = 278 ppm, dem Wert von 1750 nach dem IPCC-Bericht. Der log₂ zählt die Verdopplungen: bei 556 ppm genau eine, bei 1112 ppm zwei. Statt einer Linie zeigt das Bild die Spannen aus der Tabelle, für das Gleichgewicht und gestrichelt für die TCR, als grobe Orientierung für einen allmählichen Anstieg.
- Gleichgewicht (ECS), wahrscheinlich
- sehr wahrscheinlich
- bester Schätzwert (3 °C)
- vorübergehend (TCR), wahrscheinlich
- gemessen 2025, alle Einflüsse
427 ppm, das 1,54-Fache von 1750: Gleichgewicht nur durch CO₂ wahrscheinlich 1,5 bis 2,5 °C, bester Schätzwert 1,9 °C.
Sehr wahrscheinlich 1,2 bis 3,1 °C. Vorübergehend, grob nach der TCR: 0,9 bis 1,4 °C.
Antrieb nur durch CO₂: 2,4 W/m² mit dem IPCC-Wert (3,93 je Verdopplung), 2,3 W/m² mit der Formel von Myhre und Kollegen (3,7 je Verdopplung).
Das ist ungefähr der heutige Stand. Warum gemessen weniger herauskommt, erklärt der Kasten unten.
Für die Temperatur ist es gleich, ob man den IPCC-Wert oder die Formel von Myhre nimmt: Der Regler braucht nur das Verhältnis zur Verdopplung, und die Klimasensitivität ist schon je Verdopplung angegeben. Die beiden Formeln unterscheiden sich nur in der Angabe in W/m².
Warum der Regler bei heutigem CO₂ mehr zeigt, als gemessen wird
Auf 427 ppm gestellt, das Jahresmittel 2025 auf dem Mauna Loa, zeigt der Regler als Gleichgewicht nur durch CO₂ etwa 1,5 bis 2,5 °C, bester Schätzwert knapp 1,9 °C. Gemessen sind rund 1,3 °C im Mittel der Jahre 2016–2025 und rund 1,4 °C im Jahr 2025, jeweils gegenüber 1850–1900 (Forster und Kollegen, 2026). Das ist kein Widerspruch. Drei Dinge unterscheiden die Rechnung von der Messung: Eines drückt die Messung stark, eines schwächer, und eines hebt sie wieder an.
- Das Gleichgewicht ist nicht erreicht. Die Ozeane nehmen weiter Wärme auf; die Erde bekommt mehr Energie, als sie abgibt. Der IPCC-Bericht beziffert dieses Ungleichgewicht für 2006–2018 auf 0,79 W/m², und es ist seither gewachsen: Nach Satelliten- und Ozeandaten hat es sich von 2005 bis 2019 ungefähr verdoppelt (Loeb und Kollegen, 2021). Von der zusätzlichen Wärme im Klimasystem stecken rund 91 % im Ozean. Die TCR-Spanne, die diese Trägheit grob abbildet, liegt bei 427 ppm bei etwa 0,9 bis 1,4 °C — deutlich näher an der Messung.
- Aerosole kühlen. Feine Schwebteilchen aus Abgasen, vor allem aus Schwefelverbindungen, werfen Sonnenlicht zurück und machen Wolken heller. Ihren Antrieb seit 1750 schätzt der IPCC auf etwa −1,1 W/m², mit einer weiten Spanne von −1,7 bis −0,4. Das ist der unsicherste große Posten beim menschengemachten Antrieb.
- Andere Gase wärmen zusätzlich — das hebt die Messung wieder an. Methan, Lachgas, halogenierte Gase und Ozon bringen nach dem IPCC zusammen etwa 1,6 W/m², Methan allein etwa 0,54 W/m². Den gesamten menschengemachten Antrieb 1750–2019 schätzt der Bericht auf 2,72 W/m² (1,96 bis 3,48), den des CO₂ allein auf 2,16 W/m². Nach der besten Schätzung wärmen die anderen Gase also spürbar mehr (rund 1,6 W/m²), als die Aerosole kühlen (rund 1,1) — mit großer Unsicherheit. Mit allen menschengemachten Einflüssen läge das Gleichgewicht deshalb eher etwas über dem Reglerwert als darunter.
Dass trotzdem weniger gemessen wird, liegt deshalb vor allem daran, dass das Gleichgewicht noch nicht erreicht ist. Die Aerosole verdecken dabei einen Teil der Wirkung aller Treibhausgase; wie groß dieser Teil ist, ist der unsicherste Posten, und auf die Nachkommastelle lässt sich die Aufteilung nicht sagen. Zugleich gilt nach dem IPCC-Bericht: Sinken die CO₂-Emissionen auf netto null, bleibt die Temperatur nach heutigem Wissen ungefähr stehen, weil die dann langsam sinkende Konzentration die noch ausstehende Erwärmung etwa ausgleicht. Das gilt für das CO₂. Mit den Abgasen verschwinden auch die kühlenden Aerosole, und zwar rasch; das legt kurzfristig zusätzliche Erwärmung frei, nach Modellrechnungen einige Zehntelgrad, je nachdem, wie stark die Aerosole heute kühlen (Matthews und Zickfeld, 2012). Die ausstehende Erwärmung ist also kein Automatismus, sondern hängt an den weiteren Emissionen.
Wie man darauf kam — und wo die Messung heute steht
| Jahr, wer | Was — und wie es heute eingeordnet wird |
|---|---|
| 1856Eunice Foote | Füllt Glaszylinder mit verschiedenen Gasen und stellt sie in die Sonne; der mit CO₂ wird am wärmsten. Vorgetragen wird ihre Arbeit auf einer Tagung in den USA von Joseph Henry. Ihr Aufbau trennte Sonnenlicht und Wärmestrahlung nicht. Was genau sie gemessen hat, ist Gegenstand wissenschaftshistorischer Nachuntersuchungen (Jackson, 2020). |
| 1859–1861John Tyndall | Misst ab 1859 im Labor, wie stark Gase Wärmestrahlung schlucken, berichtet noch 1859 erstmals davon und veröffentlicht 1861 ausführlich: Wasserdampf und CO₂ absorbieren stark, die Hauptbestandteile der Luft kaum. Bis heute die Grundlage. Tyndall vermutete bereits, dass Änderungen dieser Gase das Klima verändern können. |
| 1896Svante Arrhenius | Rechnet von Hand, wie sich die Temperatur mit dem CO₂ ändert: für eine Verdopplung 5 bis 6 °C. Die Richtung stimmt, die Zahl liegt über der heutigen Spanne. |
| 1938Guy Callendar | Führt den Anstieg von CO₂ und Temperatur in den Jahrzehnten davor auf das Verbrennen von Kohle zurück. Einer der ersten Versuche, den Einfluss des Menschen in Messdaten zu finden; die Datenlage war dünn. |
| 1958Charles David Keeling | Beginnt im März die Messung auf dem Mauna Loa (Hawaii); der erste Wert: 313 ppm. Die Reihe läuft bis heute, von Scripps und seit 1974 zusätzlich unabhängig von NOAA gemessen. |
| 1979Charney-Bericht | 3 ± 1,5 °C je Verdopplung. 2007 kurz auf 2 bis 4,5 °C eingeengt, 2013 wieder 1,5 bis 4,5 °C. |
| 2021IPCC, sechster Bericht | Wahrscheinlich 2,5 bis 4 °C, bester Schätzwert 3 °C. Der Stand, mit dem diese Seite rechnet. |
Stand der Messung, fest eingetragen am 30.09.2026 und nicht live abgerufen: Um 1750 lag CO₂ bei rund 278 ppm (Teile pro Million); im Wechsel von Eis- und Warmzeiten der letzten 800.000 Jahre schwankte es zwischen etwa 180 und knapp 300 ppm (Lüthi und Kollegen, 2008). 2019 waren es 410 ppm, laut IPCC mehr als zu jedem Zeitpunkt der mindestens letzten zwei Millionen Jahre. Das Jahresmittel 2025 auf dem Mauna Loa lag nach NOAA bei rund 427 ppm, gut die Hälfte mehr als 1750. Im Mai 2026, zum jährlichen Höchststand, zeigte der Monatsmittelwert rund 432 ppm (NOAA 432,3, Scripps rund 432).
Glatt ist die Kurve nicht: Jedes Jahr steigt sie bis etwa Mai und fällt dann bis in den Herbst, weil die Pflanzen der Nordhalbkugel im Sommer CO₂ aufnehmen. Auch der Anstieg von Jahr zu Jahr schwankt, unter anderem mit El Niño. Mauna Loa ist zudem ein einzelner Messort; NOAA berechnet daneben ein weltweites Mittel aus vielen Stationen, das nahe daran liegt, aber nicht genau darauf.
Dass sich das Klima schon immer geändert hat, stimmt — und spricht nicht gegen diese Physik, sondern für sie: Gerade die Eiszeiten zeigen, wie stark das Klima auf CO₂ und Eis reagiert. Wie schnell es damals ging und wie schnell heute, steht auf Klimageschichte.
Was diese Seite nicht kann
- Der Regler ist eine Zeile Rechnung, kein Klimamodell. Er kennt kein Methan, keine Aerosole, keinen Kohlenstoffkreislauf und keine Eisschilde, deren langsame Rückkopplungen über Jahrtausende noch dazukommen würden.
- Er sagt nicht, wann. Weder, wann eine Konzentration erreicht wird, noch, wie warm ein bestimmtes Jahr wird. Das Gleichgewicht stellt sich erst nach Jahrhunderten ein.
- Er gilt für das globale Mittel. Land erwärmt sich stärker als das Meer; in Deutschland sind seit 1881 rund 2,5 °C gemessen (Klimawandel in Deutschland). Was das für einen Ort bedeuten könnte, zeigen sieben Klimamodelle auf Klimaprojektion, und was es für Unwetter heißt, Extremwetter und Klimawandel.
- Die Spannen sind die des IPCC, nicht unsere. Wir mitteln nichts, gewichten nichts und wählen keine Lieblingszahl. Ein einzelner kalter Winter widerlegt sie so wenig, wie ein heißer Sommer sie beweist (Wetter und Klima).
- Die ppm-Werte veralten. Sie stehen mit Datum da, weil ein Live-Abruf einen weiteren Datenserver bräuchte. Aktuelle Werte haben NOAA und Scripps (Quellen unten). Ist hier eine Zahl falsch oder überholt, gehört das ins Fehlerprotokoll.
Quellen
IPCC, Sechster Sachstandsbericht, Arbeitsgruppe I (2021): Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger und Kapitel 7 (Energiebilanz, Rückkopplungen, Klimasensitivität) — Energieflüsse, ECS und TCR, Antrieb je Verdopplung, Antriebe 1750–2019, Energieungleichgewicht, CO₂ 1750 und 2019, Erwärmung über Land und Meer — ipcc.ch/report/ar6/wg1. Zur Geschichte der Spanne außerdem der vierte (2007) und der fünfte (2013) Sachstandsbericht, Arbeitsgruppe I, jeweils Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger — ipcc.ch.
CO₂-Messungen: NOAA Global Monitoring Laboratory, Mauna Loa (Jahresmittel 2025, Monatsmittel Mai 2026) — gml.noaa.gov; Scripps Institution of Oceanography, Keeling-Kurve — scripps.ucsd.edu. Stand der Werte auf dieser Seite: 30.09.2026.
Gemessene Erwärmung: Forster und Kollegen (2026): Indicators of Global Climate Change 2025, Earth System Science Data 18, 3889–3933 — essd.copernicus.org.
Fachliteratur: Myhre, Highwood, Shine & Stordal (1998), Geophysical Research Letters 25; Schmidt, Ruedy, Miller & Lacis (2010), Journal of Geophysical Research 115; Lacis, Schmidt, Rind & Ruedy (2010), Science 330; Pierrehumbert (2011), Physics Today; Romps, Seeley & Edman (2022), Journal of Climate 35; He, Kramer, Soden & Jeevanjee (2023), Science 382; Sherwood und Kollegen (2020), Reviews of Geophysics; Stephens und Kollegen (2015), Reviews of Geophysics (Albedo der Erde); Goessling, Rackow & Jung (2025, online 2024), Science 387; Lüthi und Kollegen (2008), Nature 453; Loeb und Kollegen (2021), Geophysical Research Letters 48 (Energieungleichgewicht); Matthews & Zickfeld (2012), Nature Climate Change 2 (Wegfall der Aerosole bei null Emissionen).
Geschichte: Foote (1856), American Journal of Science and Arts; Tyndall (1859), Proceedings of the Royal Society of London 10; Tyndall (1861), Philosophical Transactions of the Royal Society 151; Arrhenius (1896), Philosophical Magazine 41; Callendar (1938), Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 64; National Academy of Sciences (1979), Carbon Dioxide and Climate: A Scientific Assessment (Charney-Bericht); Jackson (2020), Notes and Records of the Royal Society 74, zur Frage, was Foote und Tyndall jeweils gezeigt haben.
Deutschsprachig: DWD, Thema des Tages vom 04.01.2018 zum Treibhauseffekt — dwd.de; Umweltbundesamt zum natürlichen Treibhauseffekt — umweltbundesamt.de.
Die Angaben sind zusammengefasst, nicht wörtlich zitiert. Die Formel des Reglers ist eine Vereinfachung dieser Seite, keine Rechnung aus dem IPCC-Bericht; die Schemazeichnung ist nicht maßstäblich.