Bildnachweis: NASA/JPL
Ein Aspekt des Erdklimas, die Verteilung von Wasserdampf, könnte erhebliche Auswirkungen auf den Klimawandel und den Ozonabbau haben. Um seine Bedeutung zu verstehen, erstellen NASA-Wissenschaftler mit Spezialflugzeugen eine detaillierte Karte der Bewegung von Wasserdampf in der Atmosphäre, von der Erdoberfläche bis in eine Höhe von 40 km, wo die Luft vollständig austrocknet. Sie konnten feststellen, welcher Dampf in großer Höhe entstand und welcher durch Luftströmungen nach oben befördert wurde.
NASA-Wissenschaftler haben ein neues Fenster zum Verständnis von atmosphärischem Wasserdampf, seinen Auswirkungen auf den Klimawandel und den Ozonabbau geöffnet.
Die Wissenschaftler haben die erste detaillierte Karte von Wasser mit schwerem Wasserstoff und schweren Sauerstoffatomen in und aus Wolken von der Erdoberfläche bis etwa 40 Kilometer nach oben erstellt, um die Dynamik des Eindringens von Wasser in die Stratosphäre besser zu verstehen.
Nur geringe Wassermengen erreichen die trockene Stratosphäre, 10 bis 50 Kilometer (6 bis 25 Meilen) über der Erde, so dass jede Erhöhung des Wassergehalts möglicherweise zur Zerstörung einiger Ozonschutzfähigkeiten in diesem Teil der Atmosphäre führen könnte. Dies könnte zu einem größeren Ozonabbau über dem Nord- und Südpol sowie in den mittleren Breiten führen.
Wasser prägt das Klima der Erde. Die große Menge davon in der unteren Atmosphäre, der Troposphäre, steuert, wie viel Sonnenlicht zum Planeten gelangt, wie viel in unserem Himmel gefangen ist und wie viel zurück in den Weltraum geht. Weiter oben in der Stratosphäre, wo der größte Teil des Ozonschildes der Erde die Oberfläche vor schädlichen ultravioletten Strahlen schützt, gibt es sehr wenig Wasser (weniger als 0,001 der Oberflächenkonzentration). Wissenschaftler verstehen nicht ganz, wie Luft getrocknet wird, bevor sie in diese Region gelangt.
In der Troposphäre existiert Wasser als Dampf in der Luft, als flüssige Tröpfchen in Wolken und als gefrorene Eispartikel in Zirruswolken in großer Höhe. Da es so viel Wasser in der Nähe der Erde und nur wenige Kilometer über der Erde gibt, ist es wichtig zu verstehen, wie Wasser in die Stratosphäre eintritt und diese verlässt. Der „Isotopengehalt“, der natürliche Fingerabdruck der schweren Wasserformen, ist der Schlüssel zum Verständnis des Prozesses. Ein Isotop ist eine von zwei oder mehr Formen eines Elements mit denselben oder sehr eng verwandten chemischen Eigenschaften und derselben Ordnungszahl, aber unterschiedlichen Atomgewichten. Ein Beispiel ist Sauerstoff 16 im Vergleich zu Sauerstoff 18 – beide sind Sauerstoff, aber einer ist schwerer als der andere.
Schweres Wasser wird aus seinem Dampf leichter kondensiert oder ausgefroren, wodurch sich die Art seiner Verteilung etwas von der üblichen Isotopenform von Wasser unterscheidet. Eine Messung der Isotopenzusammensetzung von Wasserdampf ermöglicht es Wissenschaftlern zu bestimmen, wie Wasser in die Stratosphäre gelangt.
„Zum ersten Mal haben wir den Wasserisotopengehalt unglaublich detailliert kartiert“, sagte Dr. Christopher R. Webster, leitender Forscher am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien Ergebnisse in der Zeitschrift Science. Dr. Andrew J. Heymsfield vom National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colorado, ist Co-Autor.
Die Messung von Wasserisotopen ist äußerst anspruchsvoll, da sie nur einen kleinen Bruchteil, weniger als ein Prozent, des gesamten Wassers in der Atmosphäre ausmachen. Detaillierte Messungen wurden mit einem Aircraft Laser-Infrarot-Absorptionsspektrometer (Alias) durchgeführt, das im Juli 2002 an Bord des WB-57F-Jetflugzeugs der NASA in großer Höhe flog. Diese neue Lasertechnik ermöglicht die Kartierung von Wasserisotopen mit ausreichender Auflösung, um Forschern zu helfen, sowohl den Wassertransport als auch die detaillierte Mikrophysik von Wolken, Schlüsselparameter für das Verständnis der atmosphärischen Zusammensetzung, der Sturmentwicklung und der Wettervorhersage.
„Die Lasertechnik gibt uns die Möglichkeit, die verschiedenen Arten von Isotopen zu messen, die in jedem Wasser vorkommen“, sagt Webster. „Mit dem Isotopen-Fingerabdruck entdeckten wir, dass die unter der Stratosphäre gefundenen Eispartikel von unten angehoben wurden und einige dort an Ort und Stelle gewachsen sind.“
Die Daten helfen zu erklären, wie der Wassergehalt der in die Stratosphäre eintretenden Luft reduziert wird, und zeigen, dass der allmähliche Aufstieg und die schnelle Aufwärtsbewegung in Verbindung mit hohen Wolkensystemen (konvektive Lofting) beide eine Rolle bei der Feststellung der Trockenheit der Stratosphäre spielen.
Ziel der Flugzeugmission war es, die Entstehung, das Ausmaß und die Prozesse im Zusammenhang mit Zirruswolken zu verstehen. Die Mission nutzte sechs Flugzeuge der NASA und anderer Bundesbehörden, um Beobachtungen über, in und unter den Wolken zu machen. Durch die Kombination von Flugzeugdaten mit bodengestützten Daten und Satelliten haben Wissenschaftler ein besseres Bild von der Beziehung zwischen Wolken, Wasserdampf und atmosphärischer Dynamik als bisher. Sie können auch Satellitenmessungen, die routinemäßig von der NASA durchgeführt werden, besser interpretieren.
Die Mission wurde vom Earth Science Enterprise der NASA finanziert. Das Unternehmen widmet sich dem Verständnis der Erde als integriertem System und der Anwendung der Erdsystemwissenschaften, um die Vorhersage von Klima, Wetter und Naturgefahren aus dem einzigartigen Blickwinkel des Weltraums zu verbessern. Weitere Informationen zu Alias finden Sie unter: http://laserweb.jpl.nasa.gov.
Informationen zur NASA finden Sie unter: http://www.nasa.gov.
JPL wird für die NASA vom California Institute of Technology in Pasadena verwaltet
Originalquelle: NASA/JPL-Pressemitteilung