Das Wetter und der Klimawandel

Am 27. März 2012 hat die NASA-Sonde Cassini ihren bisher nahesten Vorbeiflug über den Südpol des Saturnmondes Enceladus absolviert. Der Mond hat nur einen Durchmesser von gut 500 km, verfügt aber über ein eigenes Magnetfeld. Die gesamte Oberfläche ist mit hellem Wassereis bedeckt und die Albedo deshalb mit 0,99 extrem hoch. Da praktisch alles Sonnenlicht reflektiert wird, ist es an der Oberfläche mit teilweise unter -200°C bitterkalt. Doch es gibt Eisvulkane und eine geologisch hochaktive Region am Südpol. Das Oberflächeneis ist hier von parallelen, hunderte Kilometer langen und einige hundert Meter tiefen Spalten, den sogenannten Tigerstreifen durchzogen.

In der geologisch hochaktiven Südpolregion des eisbedeckten Saturnmondes Enceladus sind die Tigerstreifen gut zu erkennen. Quelle: NASA-JPL

Im Inneren des Mondes gibt es eine starke Wärmequelle, wahrscheinlich durch radioaktive Zerfallsprozesse, vor allem aber durch gewaltige Gezeitenkräfte des Planeten Saturn, der seinen Mond förmlich „durchknetet“. In den Tigerstreifen gibt es zahlreiche Geysire, die immer wieder ausbrechen. Cassini durchflog schon mehrere Male die Geysirfontänen und fand Eispartikel, Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Salze und komplexe organische Verbindungen.

Geysire in der Südpolregion des Eismondes Enceladus. Quelle: NASA-JPL

Unter der Eisdecke von Enceladus befinden sich offensichtlich größere Mengen an flüssigem Wasser, vielleicht sogar ein globaler Ozean. Das Wasser auf Enceladus hat einen Salzgehalt wie das Meerwasser der Ozeane auf der Erde, zeigen die neuesten Meßergebnisse von Cassini. Das könnte meines Erachtens tatsächlich ein deutlicher Hinweis auf Leben sein! Der Salzgehalt der Ozeane auf der Erde liegt bei etwa 3,5%. Das ist weit unter der Sättigungskonzentration und genau richtig für Leben wie wir es kennen, denn zuviel Salz zerstört die Biomembranen der allermeisten Zellen! Doch normalerweise sollte der Salzgehalt der Ozeane im Laufe der Jahrmillionen immer weiter zunehmen. Auch wenn durch Tonminerale und Verlandung – das Wasser verdunstet und lässt eine Salzkruste zurück – den Ozeanen immer etwas Salz entzogen wird, der Salzeintrag in die Ozeane ist deutlich höher: Das Salz wird aus Gesteinen ausgewaschen, entweder unter Wasser oder an Land, wo es dann über den Regen und mit dem Wasser der Flüsse in die Ozeane gelangt. Durch Vulkanismus wird unter Wasser und an Land ständig neues Gestein mit viel Mineralien zum Herauslösen nachgebildet. Die gleichen Prozesse dürften sich auch auf Eceladus abspielen, nur das es da kein Land, kein Regen und keine Flüsse gibt und daher alles unter Wasser geschieht. Immer salziger werdende Ozeane wären für alles Leben auf der Erde eine tödliche Bedrohung. Schon bei einem Salzgehalt von etwas über 4% wird es kritisch und spätestens bei 5 bis 6% werden auch bei den widerstandsfähigsten Organismen wichtige Zellfunktionen blockiert. Doch die Ozeane der Erde blieben lebensfreundlich! Es muß also Regulationsmechanismen geben, welche den Salzgehalt (nahezu) konstant hielten. Auf der Erde entsalzt das Leben selbst die Ozeane. Einzellige Kiesel- und Kalkalgen bauen in ihre festen Schalen neben Silikaten und Kalk auch Salze ein. Wenn die Algen absterben bilden ihre Schalen Sedimente aus Kalkstein. Die darin enthaltenen Salze bleiben den Ozeanen dann für eine längere Zeit entzogen. Ob etwas Ähnliches auch auf dem Saturnmond Enceladus geschieht?!

Jens Christian Heuer

Quelle: NASA Cassini-Huygens

Seit dem Jahre 2000 umrundet der US-Satellit Terra die Erde. Eine seiner Aufgaben ist die Erforschung der Wolken mit dem MISR-Instrument (Multi-angle Imaging SpectroRadiometer). Das MISR besteht aus 9 Kameras, welche die Wolken der Erde aus verschiedenen Blickwinkeln aufnehmen, so daß  räumliche, dreidimensionale Bilder aufgenommen werden können. Damit lassen sich Höhe, Gestalt und Bewegungsrichtung der Wolken bestimmen.

Wolken über dem südlichen Indischen Ozean. Zu erkennen sind Quellwolken (Cumulus) und wie Schleier erscheinende Eiswolken (Cirren). Quelle: Terra, NASA JPL-Caltech

Eine Auswertung von Wolkenfotos der Jahre 2000-2010 durch die neuseeländischen Klimaforscher Roger Davies und Matthew Malloy an der University of Auckland förderte Überraschendes zu Tage. Die Wolkenhöhe hat in diesen 10 Jahren weltweit um durchschnittlich 1% abgenommen! Das lag vor allem an einen Rückgang der sehr hohen Eiswolken (Cirren), stellten die Wissenschaftler fest:

„Global average cloud height declined by around one percent over the decade, or by around 100 to 130 feet (30 to 40 meters). Most of the reduction was due to fewer clouds occurring at very high altitudes.“

Rückgang der hohen Eiswolken – da fällt mir spontan der US-amerikanische Atmosphärenphysiker Prof. Richard Linzen und der von ihm entdeckte Iris-Effekt ein!

Richard Lindzen Quelle: http://www.flickr.com/photos/jaredleeds/

Dieser Effekt konmmt durch eine Veränderung der Wolken zustande und soll nach Lindzen der globalen Erwärmung durch Kohlendioxid (CO2) und andere vom Menschen in die Atmosphäre entlassene  Treibhausgase entgegenwirken:

Infolge der globalen Erwärmung steigen auch die Wassertemperaturen. Mehr´und mehr Wasser verdunstet und erhöht die Luftfeuchtigkeit. Da Wasserdampf ein noch stärkeres Treibhausgas ist als CO2, beschleunigt sich die globale Erwärmung durch positive Rückkopplung ganz erheblich (Wasserdampfverstärkung).

Aber eine höhere Luftfeuchtigkeit, so Lindzen, erleichtert auch die Bildung von Regentropfen in den Konvektionszellen der Quellwolken, denn Regentropfen wachsen natürlich umso schneller, je mehr Luftfeuchtigkeit für die Kondensation zur Verfügung steht. Es entstehen im Verhältnis immer mehr große Regentropfen und immer mehr von ihnen werden zu schwer, um noch von den Aufwinden innerhalb der Konvektionszone der Quellwolken in größere Höhen getragen zu werden, wo sie gefrieren und die hohen Eiswolken (Cirren) bilden können.

Je wärmer es wird, je höher also die Wassertemperaturen, umso weniger hohe Eiswolken (Cirren) bilden sich. Es überwiegen immer mehr die niedrigeren, hauptsächlich aus Wassertröpfchen bestehenden Quellwolken!

Da Quellwolken abkühlend, Cirren aber erwärmend wirken, ist das gleichbedeutend mit einer negativen Rückkopplung, welche der Erwärmung durch die positive Rückkopplung der Wasserdampfverstärkung entgegenwirkt.

Wirkung der Wolken: Bei den verschiedenen Wolkenarten überwiegt entweder die abkühlende oder die erwärmende Wirkung: Wolken die aus Wassertröpfchen bestehen, wie zum Beispiel die Quellwolken, sind an ihrer Oberseite hell und reflektieren die Sonnenstrahlen fast vollständig, was abkühlend wirkt. Andererseits absorbieren sie aber auch die Infrarotabstrahlung vom Erdboden. Die Wolken strahlen die aufgenommene Wärmeenergie im Infraroten teilweise wieder zurück in Richtung Erdoberfläche (Gegenstrahlung), teilweise wird sie aber auch von der Wolkenoberseite in Richtung Weltraum abgestrahlt. Gegenstrahlung und Weltraumstrahlung halten sich in etwa die Waage, da die Wolkenoberseite in niedrigeren Höhen noch relativ warm ist. Insgesamt ergibt sich bei den Wolken aus Wassertröpfchen eine abkühlende Wirkung. Die hohen Eiswolken (Cirren, Cirrenschirme hochreichender Quellwolken) sind wie ein Schleier und lassen das meiste Sonnenlicht hindurch. Dafür absorbieren sie aber sehr effektiv die Infrarotabstrahlung vom Erdboden. Wieder entsteht eine infrarote Gegenstrahlung Richtung Erdboden und eine Infrarotabstrahlung in Richtung Weltraum. Letztere ist aber deutlich geringer als bei den Wolken aus Wassertröpfchen, da die Wolkenoberseite der Eiswolken wegen der großen Höhen sehr kalt ist. Insgesamt gesehen wirken die Eiswolken daher erwärmend. Ohne Wolken erreicht das meiste Sonnenlicht die Erdoberfläche und wird absorbiert. Umgekehrt gelangt die Infrarotabstrahlung aber auch nahezu ungehindert den Weltraum. Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/

Lindzen zog den Vergleich mit einer Irisblende bei einer Kamera, die sich bei zunehmendem Lichteinfall immer weiter schliesst und so eine Überbelichtung verhindert. Deshalb nannte er den von ihm entdeckten Mechanismus Iris-Effekt.

Erstaunlicherweise wird Lindzen in dem Bericht des JPL überhaupt nicht erwähnt. Es heißt, man könne sich den Effekt nicht so recht erklären. Dabei ist der Rückgang der Cirren doch genau das, was den Iris-Effekt von Lindzen ausmacht!!

Die neuseeländischen Wissenschaftler sehen aber ebenso wie Lindzen eine abkühlende Wirkung durch die tieferen Wolken. Die Begründung lautet, daß tiefe Wolken wärmer sind als hohe Wolken und daher mehr Infrarotstrahlung in Richtung Weltraum abgeben.

Der abkühlende Effekt durch die veränderte Wolkenhöhe und -zusammensetzung könnte die globale Erwärmung geringer ausfallen lassen als bisher angenommen! In welchem Ausmaß das möglich ist, bleibt vorerst noch offen.

Jens Christian Heuer

Quellen: NASA Jet Propulsion LaboratoryRichard Lindzen: Does the Earth have an Adaptive Infrared Iris?

Update

Inzwischen liegt mir die Originalarbeit von Davies und Malloy (Global Cloud High Fluctuations measured by MISR on Terra from 2000 2010, Roger Davies und Matthew Malloy, Geophysical Research Letters, Vol.39, 2012) vor. In dem Bericht des Jet Propulsion Laboratory der NASA  heißt es u.a. “Global average cloud height declined by around one percent over the decade, or by around 100 to 130 feet (30 to 40 meters). Most of the reduction was due to fewer clouds occurring at very high altitudes.”. Der zweite Satz ist jedoch so in der Originalarbeit nicht zu finden. Sind damit alle Spekulationen in Richtung eines möglichen Beweises für Lindzens Iris hinfällig? Wie kam das JPL zu seiner Aussage über eine Abbnahme der sehr hohen Wolken, der Cirren? Vielleicht gibt diese Passage aus der Originalarbeit eine Antwort. Da heißt es über die Effektive Wolkenhöhe H, die nach Davies und Malloy in der Dekade von 2000-2010 im Durchschnitt weltweit abgenommen hat:

„In the sense of radiative-convective equilibrium, greater values of H imply higher surface temperatures, so that in this paper the focus is therefore on changes inH over the last decade, defined as H′ = H – <H>, where <> is the decadal average.
Note that because H is a functional that depends on the probability of occurrence of cloud at altitude h, changes in H will occur, for example, when the fraction of high cloud changes, even though the total cloud fraction remains constant. Further, H′ is affected more by changes in high cloud fraction than by equivalent changes in low cloud fraction.“

Die Änderung der Effektiven Wolkenhöhe H′  hängt also tatsächlich überwiegend von Veränderungen des Anteils der hohen Wolken ab. Die gemessene Abnahme der durchschnittlichen Wolkenhöhe ist eine Änderung der Effektiven Wolkenhöhe und deshalb sieht es für mich doch so aus, als ob das JPL den Sachverhalt richtig wiedergibt! Lindzen Iris bleibt also (vorerst) eine Möglichkeit die Ergebnisse von Davies und Malloy zu interpretieren.

In der Dekade 2000-2010 hat die Wolkenhöhe durchschnittlich abgenommen. Quelle: Davies und Malloy, 2012

Die beiden Wissenschaftler ziehen das Fazit:
„The coherent nature of these correlations suggests that the measurement technique is yielding a record that should prove interesting to other researchers. Because these correlation patterns are large-scale, they should be a useful diagnostic test for a well-constructed dynamic climate model that can relate changes in dynamic circulation to changes in the presence and altitude of clouds.
Finally, we note that the climate data record of H anomalies may ultimately indicate a measure of long-term cloud feedback that may be quite separate from the correlations discussed above. Ten years is unfortunately too short a span for any definitive conclusion, as the linear trend in global cloud height of -44 +/- 22 m over the last decade is partly influenced by the La Niña event, and may prove ephemeral. The difference between the first and last year of the decade, not directly affected by the La Niña event, is -31 +/-11 m. If sustained, such a decrease would indicate a significant measure of negative cloud feedback to global warming, as lower cloud heights reduce the effective altitude of emission of radiation to space with a corresponding cooling effect on equilibrium surface temperature. Given the precision of the MISR measurements, we look forward to the extension of this climate data record with great interest.“

Trotz eines starken La Nina Einflusses (Klimaschaukel im äquatorialen Pazifik)bleibt ein Trend zur Abnahme der Wolkenhöhe. Der Meßzeitraum von 10 Jahren ist  noch zu kurz für entgültige Schlußfolgerungen. Sollte der Trend jedoch anhalten, so ergibt sich daraus womöglich ein abkühlender Effekt, welcher der globalen Erwärmung – der auslösenden Ursache – tendenziell entgegenwirkt (negatives Feedback), denn je tiefer die Wolken, umso mehr Infrarotstrahlung geben sie von ihrer Oberfläche in Richtung Weltraum ab.

Jens Christian Heuer

Die kleine Eiszeit im Mittelalter war wahrscheinlich die Folge von 4 gewaltigen Vulkanausbrüchen in den Tropen, die sich zwischen 1275 und 1300 kurz hintereinander. Mit der Vulkanasche gelangten damals auch große Mengen an Sulfataerosolen bis in die Stratosphäre und sorgten durch Abschirmung des Sonnenlichts für eine drastische Abkühlung. Das arktische Meereis dehnte sich infolgedessen bis in die mittleren Breiten aus und verstärkte die Abkühlung durch Reflektion des Sonnenlichts (Eis-Albedo-Effekt). Doch das war noch nicht alles. Eisschollen lösten sich in großer Zahl, trieben nach Süden, schmolzen und reicherten so den südlichen Nordatlantik mit Süßwasser an. Das hatte einschneidende Folgen für Meeresströmungen im Nordatlantik, die  „Meridional Overturning Circulation“  (MOC), so genannt weil die Umwälzbewegung des Meerwassers meridional (entlang der Längengrade in Nord-Süd-Richtung) erfolgt.

Die MOC wird durch Winde angetrieben, aber auch durch Unterschiede in der Temperatur und der Salzkonzentration (und damit auch in der Dichte des Wassers) zwischen den nördlichen und südlichen Regionen des Nordatlantik. Deshalb spricht man auch von einer thermohalinen Zirkulation (von griechisch thermos für Wärme und halas für Salz).  Die MOC wirkt als Warmwasserheizung, denn das vom Äquator nach Norden strömende Meerwasser gibt seine Wärme durch Verdunstung (latente Wärme) an die Luft darüber ab. Dabei nimmt die Dichte des immer kühleren und salzhaltigeren Wassers stetig zu. Hoch im Norden beginnt das Wasser schließlich abzusinken, es bilden sich abwärts gerichtete Wirbel. Im Winter wird die Entstehung dieser Absinkzonen noch durch die Neubildung von Meereis begünstigt. Das Eis kühlt neu heranströmendes Wasser weiter ab und erhöht zusätzlich auch dessen Salzgehalt, denn das neugebildete Meereis kann nur wenig Salz aufnehmen und presst beim Gefrieren überschüssiges Salz ab. Absinkzonen gibt es zum Beispiel südlich von Grönland und bei Island. Das absinkende kalte und salzhaltige Tiefenwasser wirkt wie eine Saugpumpe und treibt so die Meeresströmung an. Das Tiefenwasser bewegt sich dann wieder in Richtung Äquator und gelangt dort bei Durchmischungsvorgängen nach und nach wieder an die Oberfläche.

Durch den Süßwassereintrag im südlichen Nordatlantik wurde nun das Oberflächenwasser deutlich leichter und durchmischte sich nicht mehr so gut mit dem von Norden kommenden kalten Tiefenwasser. Der thermohaline Antrieb erlahmte dadurch, und die MOC wurde spürbar schwächer.  Die Warmwasserheizung im Nordatlantik funktionierte nicht mehr richtig, und so verstetigte sich die anfangs durch die 4 Vulkanausbrüche ausgelöste Abkühlung über eine lange Zeit.

Dieses Szenario entwirft eine Grupppe von US-Klimaforschern unter Leitung von Gifford Miller an der University of Colorado Boulder und am National Center for Atmospheric Research (NCAR). Die Wissenschaftler sammelten Pflanzenproben auf Baffin Island in der kanadischen Arktis und werteten    Sedimente und Eisbohrkerne aus. So waren zum Beispiel die Vulkanausbrüche und anschließenden Abkühlungsphasen anhand zahlreicher erfrorener und dann vom Eis eingeschlossener Pflanzen aus dieser Zeit gut nachweisbar.  In Klimasimulationen konnte dann das auf den Untersuchungen beruhende Abkühlungsszenario erfolgreich durchgespielt werden.

Der Klimaforscher Gifford Miller sammelt Pflanzenproben im Eis auf Baffin Island. Die Insel liegt in der kanadischen Arktis westlich von Grönland. Quelle: NCAR UCAR/ Atmos News

Bisher hatten die meisten Klimaforscher die Kleine Eiszeit zumeist auf eine länger anhaltende, ungewöhnlich geringe Sonnenaktivität zurückgeführt. Diese gab es zwar tatsächlich, aber sie war, so wie es jetzt aussieht, wohl nicht der wirklich entscheidende Faktor.

Jens Christian Heuer

Der Eisfinger

Einem Kamerateam des BBC ist es gelungen, ein höchst erstaunliches Phänomen bei der Bildung von Meereis erstmals zu dokumentieren, ein nach unten wachsender Eisfinger, der in dem Moment, wo er den Meeresboden berührt zu einer tödlichen Bedrohung für alles umgebende Unterwasserleben wird. Die Zeitrafferaufnahmen wurden im Wasser unter einer sich bildenden Eisdecke im Ross-Archipel der Antarktis gemacht. Wenn salziges Meerwasser gefriert, bildet es eine Art Schwammstruktur aus Eis.
Unter dem Meereis wächst ein Eisfinger. Quelle: BBC
Diese enthält kleine Kanälchen mit einer hochgesättigten Salzlösung (Sole). Die eiskalte Sole tritt aus unzähligen Öffnungen an der Unterseite des neugebildeten Meereises aus und bewirkt ein beinahe schlagartiges Gefrieren des umgebenden Meerwassers. Da die Sole wegen des vielen gelösten Salzes schwerer ist als das Meerwasser sinkt sie nach unten. Um sie herum bildet sich ein nach unten wachsendes Netzwerk aus Eis, der Eisfinger, eine Art Eiszapfen, der schließlich den Meeresboden erreicht und  sofort gefrieren lässt und damit alles Unterwasserleben tötet.

Jens Christian Heuer

Am 10. Dezember 2011 entwickelte sich ein ungewöhnlicher Tiefdruckwirbel über dem Atlantik in der östlichen Karibik. Auf dem Satellitenbild scheint er irgendwie – zumindest optisch – mit dem Subtropenjetstream verbunden, der als auffälliges Wolkenband quer über den Arlantik und Nordafrika bis zur Iberischen Halbinsel  erscheint.

Die Höhenströmung des Subtropenjetstreams schraubt sich in Bewegungsrichtung von West nach Ost. Dabei werden die Luftmassen auf der wärmeren Südseite gehoben, wodurch sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit Wolken bilden, um dann auf der kühleren Nordseite wieder abzusinken. Der Subtropenjetstream wird vor allem durch latente Wärme aus der tropischen Hadley-Zirkulation angetrieben. Der Temperaturkontrast zwischen warmen und kalten Luftmassen spielt – anders als bei dem Polarfrontjetstream der mittleren Breiten – nur eine untergeordnete Rolle. Auch die Bildung von Tiefdrucksystemen wird in der meteorologischen Literatur im Zusammenhang mit dem Subtropenjetstream nirgendwo beschrieben, jedenfalls soweit ich weiß.

Satellitenbild vom 10. Dezember 2011 06:00 UTC ((RGB-Airmass; grün = tropische Warmluft, blau = polare Kaltluft, weiß = hohe Wolken, ockergelb = mittelhohe Wolken, rot = absinkende Luftmassen in der Stratosphäre zeigen Tiefdruckgebiete. Diese „saugen“ die Luft nicht nur von unten an, sondern auch von oben. Dadurch bildet sich eine Tropopausenfalte und die darüber befindliche stratosphärische Luft beginnt abzusinken): Die Frontalzone liegt relativ weit im Norden. Mit der starken westlichen Höhenströmung des Polarfrontjetstreams gelangen immer wieder Tiefdruckwirbel und milde Meeresluft nach Europa. Im Nordwesten der Iberischen Halbinselund sieht man einen Kaltlufttropfen ( Cut-Off-Tief mit Polarluft), der sich von der Frontalzone abgeschnürt hat. Der Tiefdruckwirbel ganz weit im Westen, schon nahe der Karibik, erscheint mit dem Subtropenjetstream verbunden, der als langestrecktes Wolkenband quer über den Atlantik und Nordafrika bis zur Iberischen Halbinsel erkennbar ist. Quelle: EUMETSAT

Und doch sieht es auf dem Satellitenbild so aus, als ob genau das passiert ist. Könnte es also sein, daß der optische Eindruck nicht täuscht und das Tiefdrucksystem tatsächlich aus dem Subtropenjetstream hervorgegangen ist? Vielleicht indem eine der Rossby-Wellen des Subtropenjetstreams bricht und daraus der Tiefdruckwirbel entsteht!?

Wetterlage am 10. Dezember 2011 06:00 UTC. Auf der Satellitenaufnahme ist die Höhenströmung der Jetstreams durch Windpfeile eingezeichnet. Die Farben der Pfeile zeigen die unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten an. Über dem Osten der Karibik hat sich innerhalb des von West nach Oste strömenden Subtropenjetstreams in einem kleinen Bereich eine gegenläufige Strömung ientgegen dem Uhrzeigersinn ausgebildet, ein Tiefdruckwirbel, der vielleicht durch das Brechen einer Rossby-Welle entstanden ist. Innerhalb eines Jetstreams bilden sich immer wieder Rossby-Wellen und pflanzen sich in Strömungsrichtung fort. Quelle: Naval Research Laboratory 

Dieser Tiefdruckwirbel ist an den Luftdruckverhältnissen in Meeresspiegelhöhe nicht zu erkennen, denn die Isobaren zeigen lediglich ein ausgedehntes Hochdruckgebiet an. Bei den Isohypsen der 500hPa – Fläche gibt es dagegen eine kleine Auffälligkeit im Bereich des Tiefs.

Wetterlage am 10. Dezember 2011 06:00 UTC. Links: Die auf dem Satellitenbild eingezeichneten hellblauen Isobaren zeigen den Luftdruck in Meeresspiegelhöhe (Bodenluftdruck). Die Isobaren verbinden Orte gleichen Luftdrucks miteinander. Rechts: Die auf dem Satellitenbild hellblau eingezeichneten 500 hPa-Isohypsen zeigen indirekt den Verlauf der Höhenluftströmung in ca. 5,5 – 6 km Höhe.  und die Höhenströmng. Die 500 hPa- Isohypsen beschreiben eine Fläche, entsprechend der Höhe über dem Boden, in welcher der Luftdruck auf 500 hPa gefallen ist (Höhenangaben in Dekametern). In warmer Luft, die sich in der Vertikalen mehr ausdehnt als kalte Luft nimmt der Luftdruck mit  der Höhe entsprechend weniger ab, so daß die 500 hPa-Fläche also erst in größerer Höhe erreicht wird. Die Isohypsen verbinden Orte miteinander, die jeweils in derselben Höhe liegen. Liegen die Isohypsen eng beieinander, dann besteht ein starkes Temperatur- und Druckgefälle zwischen den Luftmassen. Da dieses Temperatur- und Druckgefälle die Höhenströmung antreibt, zeigen die Isohypsen auch den Verlauf und die Stärke dieser Strömung. Quelle: Naval Research Laboratory 

Ein ähnlicher Entstehungsmechanismus wie hier für den Tiefdruckwirbel des Subtropenjetstreams vorgeschlagen, wird auch für die Hoch- und Tiefdrucksysteme der Gasriesen angenommen. In unserem Sonnensystem sind das die Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. In den mächtigen Atmosphären dieser Planeten gibt es Jetstreams, die wie der Subtropenjetstream der Erde hauptsächlich  durch latente Wärme angetrieben werden. Innerhalb der Jetstreams bilden sich Rossby-Wellen. Wenn diese brechen, dann entstehen gewaltige Hoch- und Tiefdruckwirbel, welche wesentlich länger überdauern als die der Erde,  da es auf den Gasriesen keine feste Planetenoberfläche gibt und daher die Bodenreibung fehlt. Die innere Reibung lässt die Wirbel schließlich zerfallen, doch das dauert.

Gasriesen verfügen über eine starke innere Wärmequelle, welche die ganze Planetenatmosphäre von unten her aufheizt. Die Energie dazu liefert der Kelvin-Helmholtz-Effekt: Wenn ein vorwiegend aus Gasen bestehender Planet durch die Abgabe von Wärme in den Weltraum langsam abkühlt, dann sinkt der innere Druck und durch die nun überwiegende Schwerkraft zieht sich der ganze Planet nach und nach zusammen. Diese Kompression erzeugt die innere Wärme. Dadurch entwickelt sich, trotz der Sonnenferne in der Planetenatmosphäre eine starke Konvektion. So wie auf der Erde enstehen daher in einem sich durch die Freisetzung latenter Wärme selbstverstärkenden Prozeß hochreichende Quellwolken. Immer wieder gibt es Gewitter, Hagel, Schnee und Regen. Wolken und Niederschläge bestehen aber nicht nur aus Wasser, sondern in höheren Atmosphärenschichten auch aus Amminiak und Methan.

Jens Christian Heuer

Das US-Weltraumteleskop Kepler, das nach Exoplaneten, also nach Planeten  außerhalb unseres Sonnensystems sucht, hat den ersten erdähnlichen  Exoplaneten innerhalb der habitablen Zone gefunden!  Der neu entdeckte Exoplanet mit der Bezeichnung Kepler 22b wurde schon erstmals im Jahre 2009, kurz nach Inbetriebnahme des Weltraumteleskops entdeckt und seitdem durch wiederholte Messungen bestätigt. Er  ist in etwa doppelt so groß wie die Erde und umkreist einen 600 Lichtjahre entfernten sonnenähnlichen Stern einmal in 290 Tagen. Der Exoplanet ist seinem Stern damit etwas näher als die Erde der Sonne, denn die braucht für einen Umlauf  ja bekanntlich 365 Tage, doch dafür leuchtet der Stern des neuentdeckten Planeten ein wenig schwächer. Deshalb bewegt sich der neu entdeckte Planet wie die Erde mitten in der habitable Zone, welche die Abstände eines Planeten zu seinem Stern umfasst, bei denen gemäßigte Oberflächentemperaturen wahrscheinlich sind, so daß es flüssiges Wasser und damit auch Leben geben kann.

Das Bahn des Exoplaneten Kepler 22b im Vergleich zu dem inneren Bereich unseres Sonnensystems. Quelle: Kepler, NASA

Das Weltraumteleskop Kepler sucht in einem genau definierten Himmelsareal mit etwa 100.000 Sternen im Sternbild Schwan nach Planetentransits, welche sich durch eine minimale Helligkeitsabnahme des betreffenden Sterns bemerkbar machen. Bei einem Planetentransit schiebt sich der Planet auf seiner Umlaufbahn zwischenzeitlich vor die Sternscheibe und dunkelt sie dadurch ein wenig ab. Aus dem Grad der Helligkeitsabnahme läßt sich die Größe des Exoplaneten herleiten. Der Zeitraum zwischen zwei Vorübergängen ergibt die Umlaufzeit und damit gleichzeitig auch den Abstand des Planeten von seinem Stern. Kennt man außerdem noch dessen Leuchtkraft, so sind sogar begründete Vermutungen über die Oberflächentemperatur des Exoplaneten möglich. Ein Planetentransit lässt sich nur beobachten, wenn die Bahnebene des Exoplaneten nicht allzusehr gegen die Sichtlinie von der Erde zu dem fremden Stern geneigt ist.

Das Kepler-Team gab weiterhin die Entdeckung von 1094 neuen Exoplaneten-Kandidaten bekannt. Damit sind es jetzt insgesamt 2326! Kandidaten müssen noch durch weitere Messungen bestätigt werden.

Exoplaneten-Kandidaten des Weltraumteleskops Kepler (Stand Dezember 2011). Quelle: NASA

Unter ihnen sind 203 jupiterähnlich und sogar 55 noch größer, 1181 entsprechen in etwa dem Neptun, 680 sind Supererden mit mehrfacher Erdmasse und 207 sind so groß wie die Erde oder kleiner. Davon bewegen sich immerhin 10 innerhhalb der habitablen Zone um ihren Stern!

Jens Christian Heuer

Quelle: NASA

Das Berkeley Earth Team, eine Gruppe Wissenschaftler, die sich zum Ziel gesetzt hat, die Ergebnisse der offiziellen Klimaforschung unabhängig zu überprüfen, kam in einer neuen Studie zum Ergebnis, daß es tatsächlich einen weltweiten Trend zu immer höheren Temperaturen gibt.

Die Studie befasste sich nur mit den Temperaturen an Land und berücksichtigte nicht die Wassertemperaturen der Ozeane. Wegen der hohen  Wärmekapazität des Wassers erwärmen sich die Ozeane deutlich langsamer als die Landflächen.

1/3 der überprüften Meßstationen zeigten zwar in den letzten 70 Jahren sinkende Temperaturen, jedoch bei 2/ 3 zeigten sich ansteigende Werte. Insgesamt kommt dabei eine ähnliche globale Erwärmung heraus, wie in den Berichten des IPCC (Weltlimarat) angegeben.

Die Kurven der Globalen Durchschnittstemperatur des Berkely Earth Teams und der für das IPCC arbeitenden Institute im Vergleich. Nur Meßstationen an Land fanden Eingang in die Vergleichsstudie. Quelle: Berkely Earth Surface Temperature

Der von Klimaskeptikern immer wieder ins Feld geführte Wärmeinseleffekt, der angeblich eine globale Erwärmung nur vortäuschen soll, ist in Wirklichkeit für den globalen Trend unbedeutend, denn städtische Ansiedlungen machen nur 1% der gesamten Landoberfläche aus.

Fazit der Studie: Der Klimawandel hin zu immer höheren Temperaturen ist eine Realität!

Jens Christian Heuer

Link: http://berkeleyearth.org/

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