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, verwenden NASA-Wissenschaftler spezielle Flugzeuge, um eine detaillierte Karte zu erstellen, wie sich Wasserdampf in der Atmosphäre von der Erdoberfläche bis zu einer Höhe von 40 km bewegt, wo die Luft vollständig austrocknet. Sie konnten erkennen, welcher Dampf in großer Höhe erzeugt und welcher durch Luftströmungen nach oben bewegt wurde.
Wissenschaftler der NASA haben ein neues Fenster geöffnet, um den atmosphärischen Wasserdampf, seine Auswirkungen auf den Klimawandel und den Ozonabbau zu verstehen.
Die Wissenschaftler haben die erste detaillierte Karte von Wasser erstellt, das schwere Wasserstoff- und Sauerstoffatome in und aus Wolken von der Erdoberfläche bis etwa 40 km nach oben enthält, um die Dynamik des Wassereintritts in die Stratosphäre besser zu verstehen.
Nur geringe Mengen Wasser erreichen die trockene Stratosphäre, 10 bis 50 Kilometer über der Erde, sodass eine Erhöhung des Wassergehalts möglicherweise zur Zerstörung einer gewissen Ozonabschirmungsfähigkeit in diesem Teil der Atmosphäre führen kann. Dies könnte zu einem größeren Ozonabbau über dem Nord- und Südpol sowie in mittleren Breiten führen.
Wasser prägt das Erdklima. Die große Menge davon in der unteren Atmosphäre, der Troposphäre, steuert, wie viel Sonnenlicht auf den Planeten gelangt, wie viel in unserem Himmel gefangen ist und wie viel zurück in den Weltraum gelangt. Weiter oben in der Stratosphäre, wo der größte Teil des Ozonschutzes 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 Flüssigkeitströpfchen in Wolken und als gefrorene Eispartikel in hochgelegenen Zirruswolken. Da es so viel Wasser näher an der Erde und so wenige Meilen über der Erde gibt, ist es wichtig zu verstehen, wie Wasser in die Stratosphäre eintritt und diese verlässt. Der „Isotopengehalt“, der natürliche Fingerabdruck, den die schweren Wasserformen hinterlassen, ist der Schlüssel zum Verständnis des Prozesses. Ein Isotop ist eine von zwei oder mehr Formen eines Elements mit den gleichen oder sehr eng verwandten chemischen Eigenschaften und der gleichen Ordnungszahl, aber unterschiedlichen Atomgewichten. Ein Beispiel ist Sauerstoff 16 gegenüber Sauerstoff 18 - beide sind Sauerstoff, aber einer ist schwerer als der andere.
Schweres Wasser wird leichter aus seinem Dampf kondensiert oder gefroren, wodurch sich die Art seiner Verteilung etwas von der üblichen Isotopenform des Wassers unterscheidet. Eine Messung der Isotopenzusammensetzung von Wasserdampf ermöglicht es Wissenschaftlern zu bestimmen, wie Wasser in die Stratosphäre gelangt.
"Zum ersten Mal haben wir Wasserisotopeninhalte, die unglaublich detailliert kartiert wurden", sagte Dr. Christopher R. Webster, leitender Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. Webster ist Hauptautor eines wissenschaftlichen Papiers, in dem das neue angekündigt wird Ergebnisse in der Zeitschrift Science. Dr. Andrew J. Heymsfield vom Nationalen Zentrum für Atmosphärenforschung in Boulder, Colorado, ist Mitautor.
Die Messung von Wasserisotopen ist äußerst schwierig, da sie nur einen kleinen Teil (weniger als ein Prozent) des gesamten Wassers in der Atmosphäre ausmachen. Detaillierte Messungen wurden mit einem Flugzeug-Laser-Infrarot-Absorptionsspektrometer (Alias) durchgeführt, das im Juli 2002 an Bord des NASA-Höhenflugzeugs WB-57F flog. Diese neue Lasertechnik ermöglicht die Kartierung von Wasserisotopen mit ausreichender Auflösung, um den Forschern das Verständnis sowohl des Wassertransports als auch des Wassers zu erleichtern detaillierte Mikrophysik der Wolken, Schlüsselparameter für das Verständnis der atmosphärischen Zusammensetzung, der Sturmentwicklung und der Wettervorhersage.
"Mit der Lasertechnik können wir die verschiedenen Arten von Isotopen messen, die in allen Gewässern vorkommen", sagte Webster. "Mit dem Isotopen-Fingerabdruck entdeckten wir, dass die unter der Stratosphäre gefundenen Eispartikel von unten aufgeschüttet wurden und einige dort an Ort und Stelle gewachsen sind."
Die Daten helfen zu erklären, wie der Wassergehalt der in die Stratosphäre eintretenden Luft verringert wird, und zeigen, dass ein allmählicher Aufstieg und eine schnelle Aufwärtsbewegung in Verbindung mit hohen Wolkensystemen (konvektives Lofting) beide eine Rolle bei der Feststellung der Trockenheit der Stratosphäre spielen.
Der Zweck der Flugzeugmission war es, die Entstehung, das Ausmaß und die Prozesse zu verstehen, die mit Zirruswolken verbunden sind. Die Mission verwendete 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 erhalten Wissenschaftler ein besseres Bild der Beziehung zwischen Wolken, Wasserdampf und atmosphärischer Dynamik als zuvor. 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 hat sich zum Ziel gesetzt, die Erde als integriertes System zu verstehen und die Erdsystemwissenschaft anzuwenden, um die Vorhersage von Klima-, Wetter- und Naturgefahren unter Verwendung des einzigartigen Blickwinkels 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
