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Irdische Troposphäre wird dicker

Grenze zwischen unterer Atmosphäre und Stratosphäre steigt um gut 50 Meter pro Dekade

Atmosphäre
Die Grenze zwischen der hier weißlich erscheinenden Stratosphäre und der unter ihr liegenden Troposphäre verlagert sich seit 40 Jahre immer weiter nach oben, wie nun Messdaten bestätigen. © NASA/ JSC

Atmosphärische Verschiebung: In den letzten 40 Jahren hat die untere Atmosphäre – die Troposphäre – stetig an Höhe gewonnen. Im Schnitt verlagerte sich ihre Grenze zur darüberliegenden Stratosphäre um gut 50 Meter pro Dekade nach oben, wie nun Messungen belegen. Über den mittleren Breiten der Nordhalbkugel liegt der Höhenzuwachs sogar bei rund 100 Metern pro Jahrzehnt. Ursache dafür ist vor allem die globale Erwärmung, wie die Forscher im Fachmagazin „Science Advances“ berichten.

Die bis in rund zwölf Kilometer Höhe reichende Troposphäre ist die unterste, wetterbestimmende Schicht der Erdatmosphäre. In ihr entstehen Regen, Wolken und Stürme und auch die großen Luftströmungen wie der Jetstream bewegen sich in ihrem oberen Bereich. Nach oben hin ist die Troposphäre durch eine Grenzschicht, die Tropopause, von der darüberliegenden Stratosphäre getrennt. Die Höhe dieser Grenzschicht nimmt von den Tropen zu den Polen ab und schwankt zusätzlich je nach Jahreszeit, Wetterlage und Temperatur.

Ballonmessdaten aus 40 Jahren

Doch unter den natürlichen Höhenschwankungen der Tropopause verbirgt sich ein langfristiger Trend, wie nun Messdaten bestätigen. Für ihre Studie hatten Lingyun Meng von der Nanjing Universität in China und seine Kollegen Daten von Ballonsonden-Messungen ausgewertet, mit denen die Lage der Tropopause regelmäßig ermittelt wird. Anders als frühere Analysen umfassten ihre Zeitreihen die letzten 40 Jahre von 1980 bis 2020.

„Schon in Radiosonden-Beobachtungen aus der Zeitperiode von den 1980er Jahren bis etwa 2000 gab es erste Hinweise darauf, dass die Tropopause an Höhe gewinnt“, erklären die Forscher. Als möglicher Grund dafür wurde die allmähliche Erwärmung der Troposphäre durch den menschengemachten Treibhauseffekt diskutiert. Auch die Abkühlung der Stratosphäre durch den Klimawandel galt als ein Faktor.

Weil aber auch natürliche Klimaschwankungen wie der El Nino oder die Pazifische Dekadische Oszillation die Höhe der Troposphäre und ihrer Grenzschicht beeinflussen, blieb unklar, ob dieser angedeutete Trend weiter anhalten würde.

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Messdaten
Messdaten zur Höhe der Tropopause von 1980 bis 2020. © Meng et al./ Sci. Adv. 2021; 7: eabi8065

Tropopause steigt um gut 50 Meter pro Jahrzehnt

Jetzt gibt es Klarheit: Die Messdaten von gleich drei verschiedenen Messprogrammen bestätigen, dass sich die Tropopause auch in den letzten 20 Jahren weiter nach oben verlagert hat. „Über die gesamte Studienzeit von 1980 bis 2020 ist die Tropopause kontinuierlich weiter angestiegen“, berichten Meng und sein Team. Den Rohdaten zufolge lag die Tropopause im Jahr 2020 im Schnitt in 12,4 Kilometer Höhe, 1980 waren es noch 12,2 Kilometer, wie das Team berichtet.

Dieser Höhenzuwachs der Tropopause ist auch dann noch deutlich erkennbar, wenn die natürlichen Schwankungen und Klimazyklen herausgerechnet werden. „Wird diese natürliche Variabilität entfernt, hat sich die Lage der Tropopause von 1980 bis 2000 um durchschnittlich 50,3 Meter pro Dekade erhöht“, so die Forscher. „Im zweiten Zeitabschnitt von 2001 bis 2020 beobachten wir einen Anstieg um 53,3 Meter pro Dekade.“

Trend in mittleren Breiten am stärksten

Diese Ergebnisse bestätigen, dass die unterste Atmosphärenschicht unseres Planeten stetig immer dicker wird. Die Grenze zur Stratosphäre verlagert sich dadurch ungeachtet der normalen Schwankungen kontinuierlich weiter nach oben. Besonders deutlich ausgeprägt ist dieser Höhenzuwachs in den mittleren Breiten der Nordhalbkugel: „Der Trend ist zwar in allen Breiten nachweisbar, zwischen 30 und 40 Grad Nord ist er aber mit 100 Meter pro Dekade am stärksten“, berichten die Forscher.

Diesen Effekt führen sie auf die klimabedingten Verlagerungen der Klimazonen und der großen Luftströmungen wie dem Jetstream zurück: „Für den Höhentrend zwischen 30 und 40 Grad nördlicher Breite sind höchstwahrscheinlich die Ausdehnung des Tropengürtels und die Polwärts-Verschiebung des subtropischen Jets in den letzten 40 Jahren mitverantwortlich“, so Meng und sein Team.

„Beobachtungsbeweis für den anthropogenen Klimawandel“

Insgesamt aber sehen die Wissenschaftler in dem Höhenzuwachs der Troposphäre ein deutliches Symptom des Klimawandels: „Dieser kontinuierliche Trend liefert uns einen wichtigen Beobachtungsbeweis für den anthropogenen Klimawandel“, konstatieren sie. Demnach ist die Ursache dieses stetigen Zuwachses eine Kombination zweier Effekte: der immer stärkeren Erwärmung der Troposphäre und der Erholung der stratosphärischen Ozonschicht.

Den Messdaten zufolge hat sich die Troposphäre von 1980 bis 2000 im Schnitt um 0,14 Grad pro Dekade erwärmt. Seit 2001 sind es sogar 0,31 Grad pro Jahrzehnt. Theoretisch hätte die Tropopause demnach in den letzten 20 Jahren sogar noch schneller nach oben wandern müssen. Diese stärkere Erwärmung wird jedoch dadurch ausgeglichen, dass sich die stratosphärische Ozonschicht weiter erholt hat, wie das Team erklärt. Die zunehmende Ozondichte wirkt dem Troposphären-Zuwachs zumindest teilweise entgegen. Doch solange die Troposphäre immer wärmer wird, wird sie die Stratosphäre weiterhin nach außen drücken.

Interessant auch: Die Troposphäre ist nicht die einzige Atmosphärenschicht, die sich im Zuge des Klimawandels verändert. Die über der Stratosphäre liegende Mesosphäre schrumpft als Folge bis zu 200 Meter pro Dekade, wie Wissenschaftler kürzlich berichteten. (Science Advances, 2021; doi: 10.1126/sciadv.abi8065)

Quelle: American Association for the Advancement of Science (AAAS)

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