Archiv für Juli 2008
Sonnenschein und Unwetter – Die Wetterlage am 28. Juli 2008
Seit Ende letzter Woche hat das Wetter in Mitteleuropa ein doppeltes Gesicht: Strahlend blauer Himmel mit gelegentlichen Schönwetterwolken, aber dann immer wieder auch dunkle, aufquellende Gewitterwolken und sintflutartige Niederschläge, die besonders im Südwesten Deutschlands Überschwemmungen und große Schäden verursachten. Schauen wir uns die Wetterlage von heute auf einer Aufnahme des europäischen Wettersatelliten Meteosat näher an:
Wetterlage am 28. Juli 2008 um 17:00 Uhr UTC Das Foto im Bereich des sichtbaren Lichts wurde von Meteosat aufgenommen. Der europäische Wettersatellit umkreist die Erde in einer so großen Entfernung, daß er sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit bewegt, mit der sich die Erde um ihre eigene Achse dreht. Dadurch „steht“ der Satellit immer genau über demselben Ort auf der Erdoberfläche, ist also geostationär. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
Über dem Nordatlantik befindet sich ein ausgedehnter Höhentrog mit einem Tief südwestlich von Island und einem Tief bei den Britischen Inseln, die beide gut sichtbare Frontensysteme ausgebildet haben. Über Mitteleuropa liegt ein Hochkeil (Höhenrücken) mit einem ausgedehnten Hochdruckgebiet mit Zentrum über Skandinavien. An der Grenze zwischen Höhentrog und Hochkeil treffen südwestliche und östliche Luftströmungen unterschiedlicher Temperatur zusammen. In dieser Konvergenz- und Frontalzone bilden sich zahlreiche Gewitterzellen und aus Wellenstörungen sogar richtige kleine Tiefs.
Eine Stunde später machte Meteosat eine Infrarotaufnahme, auf der die Gewitterzellen als dicke helle Flecken besonders deutlich hervortreten.
Wetterlage am 28. Juli 2998 18:00 Uhr UTC Die Infrarotaufnahme bildet die unsichtbare Wärmestrahlung ab, die vom Land, den Wasserflächen und den Wolken ausgeht. Warme Objekte erscheinen dunkel, kalte Objekte dagegen hell. Aus den Helligkeiten der Objekte ist somit ein direkter Rückschluss auf deren Temperatur möglich. Infrarotbilder gelingen auch in der Dunkelheit der Nacht, denn im Gegensatz zum sichtbaren Licht ist die Wärmestrahlung immer vorhanden. Quellwolken (Cumulus), die sich bis in große Höhen auftürmen wie ganz besonders die Gewitterwolken (Cumulonimbus), sind wegen der mit der Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt und erscheinen daher hell. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken (Cirrus). Die Wolken in niedrigen Höhen sind dagegen jedoch schon fast genauso warm wie die Erdoberfläche darunter und erscheinen somit ähnlich dunkel. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
Dazu passend auch die Höhenkarte des amerikanischen Wetterdienstes mit der aktuellen Wetterlage:
Wetterlage am 28. Juli 2008 um 18:00 Uhr UTC Die Farbschattierungen in der Höhenkarte des amerikanischen Wetterdienstes, der sich noch genauere Informationen über die Wetterlage entnehmen lassen, zeigen an, in welcher Höhe der Luftdruck auf 500 hPa zurückgegangen ist (Höhenangaben in Dekametern!). Da sich warme Luft mehr ausdehnt als kalte Luft, sinkt auch der Luftdruck dementsprechend langsamer mit zunehmender Höhe. Je wärmer also die Luft umso größer die Höhe in der der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist. Man erhält in einer zusammenfassenden Kartendarstellung dann eine 500 hPa-Fläche in Form einer “Landschaft” mit “Bergen” und “Tälern”. In den roten, orangefarbenen und gelben Bereichen befindet sich die warme Luft, deren Temperatur von gelb nach rot zunimmt; in den grünen, blauen und violetten Bereichen hingegen die kalte Luft, mit von grün über blau nach violett sinkender Temperatur. Die Isobaren des Bodenluftdrucks sind als weiße geschlossene Linien eingezeichnet. Isobaren verbinden die Orte gleichen Luftdrucks miteinander. Geringe Abstände zwischen diesen zeigen ein großes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Die Luftdruckwerte sind auf den Isobaren eingetragen. Die Zahlen auf der 500 hPa-Fläche zeigen die jeweils herrschenden Temperaturen an. Die schwarze Linie markiert den Verlauf der Polarfront, wo die Temperaturgegensätze am größten sind. Quelle: www.wetterzentrale.de
Die Höhenkarte ist das Ergebnis einer Vorausberechnung des Wetters bis 18:00 Uhr UTC mit einem Computermodell, ausgehend von der Wetterlage um 12:00 Uhr UTC . Die Luftmassen mit ihren unterschiedlichen Temperaturen und die Höhenströmung mit einem Hochkeil, eingerahmt von zwei Höhentrögen sind gut zu erkennen und damit auch den schon oben beschriebenen Charakter der aktuellen Wetterlage.
Zu guter Letzt noch eine Infrarotaufnahme der ganzen Erde, ebenfalls von Meteosat. Sie zeigt die wichtigsten Grundmuster des aktuellem Wettergeschehens im Überblick, auch jenseits von Europa: 
Wetterlage am 28. Juli 2008 um 15:00 Uhr UTC Quelle: EUMETSAT
Auf der Nord- und auf der Südhalbkugel sind jeweils in mittleren Breiten dynamische Tiefs mit ihren Frontensystemen erkennbar, welche tropische Warmluft und polare Kaltluft miteinander verwirbeln. Wegen des großen Temperaur- und Druckgradienten (Warmluft hat eine größere Ausdehnung als Kaltluft, so daß in einer Luftsäule mit zunehmender Höhe der Luftdruck dementsprechend langsamer zurückgeht!) entstehen starke polwärts gerichtete Höhenwinde, die unter dem Einfluß der Erdrotation (Corioliskraft) zu Westwinden umgelenkt werden, die sich bis zum Boden hin durchsetzen (Westwindzonen). In den Bereichen mit den größten Temperaturgradienten erreichen die Höhenwinde innerhalb der Westwindzonen eine maximale Geschwindigkeit (Jetstream). Aus Divergenzen (Luftverdichtungen aufgrund von Strömungsschwankungen) in den mehr oder weniger stark mäandernden Jetstreams entwickeln sich die dynamischen Tiefs. Aus Konvergenzen (Luftverdünnungen) entstehen dagegen dynamische Hochs, in denen die Luft absinkt und sich dabei erwärmt, darunter auch die Subtropenhochs. Infolgedessen bilden sich dort nur wenige Wolken, es ist heiß und trocken (Wüstengebiete). Besonders auffällig ist die intensive Wolkenbildung über den Tropen. Hier, im Bereich der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ), einer Tiefdruckrinne, strömen die stark erwärmten Luftmassen aus den Subtropenhochs von Nord- und Südhalbkugel zusammen (Konvergenz), werden dadurch gehoben und kühlen dabei ab. Es ist demzufolge feucht, wolken- und niederschlagsreich (moist cloudy regions). Die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) bleibt nicht ortsfest am Äquator, sondern wandert in Abhängigkeit vom Sonnenstand und damit von den Jahreszeiten abwechselnd in Richtung einer der beiden Pole. Dadurch gibt es in den Tropen eine regelmäßige Abfolge von Regenzeiten im Sommer (Monsun) und Trockenzeiten im Winter.
Über einer ausreichend warmen Wasseroberfläche, die genug latente Wärme (Kondensationswärme) liefert, kann sich aus einigen Tiefs der Innertropischen Konvergenzzone auch ein tropischer Wirbelsturm entwickeln, aber nur während der Monate, in denen sich die Innertropische Konvergenzzone weit genug weg vom Äquator befindet. Nur dann ist die Corioliskraft für die Herausbildung einer Wirbelstruktur hinreichend stark. Auslösend für die Entstehung tropischer Wirbelstürme sind Konvergenzen (Luftverdichtungen) innerhlb des African Easterly Jets, eines kräftigen mittelhohen Ostwindes. Dieser wird durch den Temperaturgegensatz zwischen der heißen Saharaluft und der vergleichsweise kühleren Luft über dem tropischen Regenwald und einem dementsprechend von Nord nach Süd gerichteten Luftdruckgefälle (Warme Luft dehnt sich mehr aus als kalte Luft. Der Luftdruck in einer Luftsäule warmer Luft nimmt deshalb von unten nach oben langsamer ab als der Luftdruck in einer Luftsäule kalter Luft!) angetrieben (Gradientenkraft). Wegen der Corioliskraft wird aus dem ursprünglichen südwärtsgerichteten Nordwind ein Ostwind, der African Easterly Jet (Urpassat), der bis in relativ bodennahe Luftschichten hinab reicht, dann aber wegen der Bodenreibung zunehmend in einen Nordostwind ((Nordostpassat) übergeht. Erreicht der African Easterly Jet, welcher bis weit über den Atlantik reicht, eine kritische Strömungsgeschwindigkeit, so beginnt er zu mäandern. Es entstehen Rossby-Wellen mit Wellenbergen (Tröge), die kühle Luft enthalten und Wellentälern (Rücken) mit warmer Luft. Das verursacht Strömungsschwankungen im African Easterly Jet: Aus Divergenzen (Luftverdünnungen) entstehen bodennahe Hochs mit absinkender Luft, die sich dabei erwärmt, denn die Luft wird von oben angesaugt. Wolken lösen sich auf (Schönwetter). Im Bereich der Konvergenzen (Luftverdichtungen) wird die Luft jedoch gehoben und kühlt die Luft ab, so daß eine sich selbst verstärkende Wolkenbildung einsetzt und ein bodennahes Tief entsteht (Schlechtwetter). Oberhalb des African Easterly Jet herrschen starke Westwinde vor, weil in größeren Höhen die Luft über dem tropischen Regenwald durch die bei der Wolkenbildung frei werdende Kondensationswärme (latente Wärme) noch deutlich wärmer ist als die praktisch wolkenfreie Luft über der Sahara, deren Temperatur mit zunehmender Höhe hier deutlich schneller zurückgeht. Der Temperaturgegensatz in niedriger und mittlerer Höhe kehrt sich also weiter oben um und damit auch die Richtung der Winde.
Jens Christian Heuer
Abrupter Klimawandel in der Antarktis
Noch vor 14 Millionen Jahren war es in der Antarktis viel wärmer als heute. Das belegen neueste Fossilienfunde in einem der Trockentäler der Ostantarktis. Dort fand ein internationales Forscherteam der Universität Leicester, dem British Geological Survey, der Queen Mary University of London sowie den amerikanischen Universitäten Boston und North Dakota State die gut erhaltenen, versteinerten Überreste von winzig kleinen, nur milimetergroßen Süßwassermuschelkrebschen in einem ehemaligen See. Die Fossilien, bei denen sogar noch die Weichteile erhalten sind, wurden inzwischen auf ein Alter von 14 Millionen Jahren datiert und belegen, daß es in der damaligen Zeit in der Antarktis wesentlich wärmer war als heute. Unter den heutigen Bedingungen mit einer Jahresdurchschnittstemperatur von -25°C hätten die kleinen Tierchen keine Überlebenschancen.
Muschelkrebse (links: lebendes Exemplar, rechts: eines der Fossilien aus der Ostantarktis) besitzen ein stabiles Gehäuse aus zwei Kalkschalen, die über ein Gelenk miteinander verbunden sind und sind kaum 1mm groß. Die Fossilien aus der Ostantarktis sind außergewöhnlich gut erhalten, so daß nicht nur die Kalkschalen, sondern auch die Weichteile noch gut erkennbar sind. Quellen: http://www.plingfactory.de/ und http://www.scinexx.de/
Kurz nachdem die jetzt gefundenen Muschelkrebschen lebten, wandelte sich das antarktische Klima dann allerdings drastisch. Nach einem plötzlichen Temperatursturz vereiste praktisch der gesamte Kontinent. Das ergibt sich wiederum aus Untersuchungen eines Wissenschaftlerteams der Universität Kiel und des DFG – Forschungszentrums Ozeanränder in Bremen. Diese untersuchten winzige kalkschalentragende Meeresorganismen, die aus Bohrkernen stammen, welche im Pazifik vor der Küste Perus und vor Hongkong gewonnen wurden. Aus den Kalkschalen lassen sich also die klimatischen Bedingungen während ihrer Bildung recht gut ableiten: So bestimmte man beispielsweise das Verhältnis von Barium zu Calcium. Barium kommt in den Kalkschalen immer dann vor, wenn es einen Süßwassereintrag gegeben hat und das ist immer dann der Fall, wenn es starke Niederschläge gegeben hat. Barium ist das 14.häufigste (!) Element der Erdkruste und wird durch Niederschläge aus den Gesteinen (bis zu 0,2%!) ausgewaschen und gelangt so mit dem Süßwasser der Flüsse ins Meer. Das Salzwasser der Meere enthält dagegen nur winzigste Anteile an Barium (10-20 Milliardstel). Die Niederschlagshäufigkeit und -stärke lässt dann wiederum indirekte Rückschlüsse auf die jeweils herrschenden Temperaturen zu. Aber es gibt auch noch ein direktes Thermometer: Sauerstoff kommt in unterschiedlichen Isotopen vor, die zwar chemisch gleich sind, sich im Gewicht aber unterscheiden. Die beiden wichtigsten Varianten sind das leichte O16 – das den Löwenanteil ausmacht – und das schwere O18. Wasser mit der leichteren Form (Isotop O16) verdunstet eher als Wasser mit der schwereren Form (Isotop O18), so daß sich das schwerere Isotop O18 im Wasser und damit später auch in den Kalkschalen temperaturabhängig anreichern kann. Bei niedrigen Temperaturen verdunstete fast nur Wasser mit O16, und gelangte durch Schneefälle auf den wachsenden antarktischen Eisschild. Bei höheren Temperaturen kam dagegen auch immer mehr Wasser mit O18 hinzu. Das O16/O18 – Verhältnis ist also ein guter Temperaturanzeiger.
Vor dem abrupten Klimawandel in der Antarktis war die Erdachse relativ stark geneigt. Das ergab wegen des hohen Sonnenstandes warme Sommer in denen das Eis in der Antarktis wegschmolz, aber im Gegenzug auch kalte Winter, die jedoch niederschlagsarm waren. Dann wurde der Neigungswinkel der Erdachse plötzlich geringer, was den abrupten Klimawandel hervorrief. Die Sommer wurden nun kühler, so daß das Eis der Antarktis nicht mehr komplett wegschmelzen konnte. Die Winter wurden dafür milder und deswegen auch niederschlagsreicher. Starke Schneefälle vergrößerten den kontinentalen Eisschild der Antarktis. Das wachsende Eis reflektierte dementsprechend stärker das Sonnenlicht, so daß es noch kälter wurde (positive Eis-Albedo-Rückkopplung). Die Abkühlung wurde nach Ansicht der Wissenschaftler über einen Rückgang der Konzentration des Treibhausgases CO2 in der Erdatmosphäre global wirksam, denn in dem abgekühlten Wasser des Südpolarmmeeres konnte sich mehr CO2 lösen, welches dann in der Luft fehlte.
Ebenso gut könnten aber auch die Wolken eine Globalisierung der Abkühlung bewirkt haben: Wird es nämlich kälter, so gibt es auch weniger Niederschläge. Bei größerer Trockenheit wird die Luft staubiger und damit gibt es auch mehr Kondensationskeime für Wolken. Das fördert natürlich direkt die Wolkenbildung. Außerdem werden die Wolken auch noch heller, da sich wegen der vermehrten Kondensationskeime in der Luft mehr und kleinere Wolkentröpfchen bilden. Insgesamt gesehen wird deutlich mehr Sonnenlicht durch mehr und hellere Wolken in den Weltraum reflektiert als zuvor. Damit wird es global gesehen kälter.
Ein weiterer Effekt unterstützt diese Abkühlung noch: Mit den abnehmenden Temperaturen des Oberflächenwassers der Ozeane, infolge der globalen Abkühlung, findet eine bessere Duchmischung mit dem kalten, mineralstoff- und nährstoffreichen Tiefenwasser statt. Das Algenwachstum in den oberflächennahen Wasserschichten, wo es dafür hell genug ist, nimmt bei einem größeren Mineral- und Nährstoffangebot deutlich zu. Algen produzieren wiederum Sulfataerosole, die ebenfalls gute Kondensationskeime für Wolken sind.
Die starke Vereisung der Antarktis währte etwa 80.000 Jahre, ein geologisch gesehen kurzer Zeitraum. Der Übergang von einem warmen zu einem sehr kalten Klima vollzog sich, wie oben schon angedeutet, aber wohl wesentlich schneller. Wie schnell es gehen könnte, lässt sich vielleicht beantworten, wenn man zwei abrupte Klimaumschwünge aus historischer Zeit betrachtet, welche ebenfalls durch Änderungen der Erdachsneigung ausgelöst wurden. Vor rund 10.000 Jahren verwandelte sich die Sahara durch eine erhöhte Erdachsneigung innerhalb weniger Generationen in eine blühende Savannenlandschaft, weil sie nun der weiter nach Norden vordringende Monsunregen erreichte, um dann vor etwa 6000 Jahren durch eine Verringerung der Erdachsneigung wieder zur Wüste zu werden(http://www.stern.de/wissenschaft/natur/566139.html und http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/hintergrund/173159.html).
Jens Christian Heuer
Quellen: http://www.scinexx.de/ und http://idw-online.de/
