Untersuchung der Auswirkungen von Gewittern auf die obere Atmosphäre, Klima
Wissenschaftler zielen in diesem Frühjahr auf Gewitter in Alabama, Colorado und Oklahoma, um herauszufinden, was passiert, wenn Wolken Luft viele Meilen von der Erdoberfläche in die Atmosphäre saugen.
Das Deep Convective Clouds & Chemistry (DC3) Experiment, das Mitte Mai 2012 beginnt, wird den Einfluss von Gewittern auf die Luft direkt unter der Stratosphäre untersuchen, einer Region hoch in unserer Atmosphäre, die das Klima und die Wettermuster der Erde beeinflusst.
Die Chemie des Blitzes und seine Rolle bei atmosphärischen Prozessen ist von zentraler Bedeutung für DC3. Bildnachweis: NCAR
Die Wissenschaftler werden drei Forschungsflugzeuge, mobile Radargeräte, Lightning-Mapping-Arrays und andere Werkzeuge verwenden, um ein umfassendes Bild zu erstellen.
DC3-Wissenschaftler werden in die Herzen von Gewittern fliegen. Bildnachweis: NOAA
Chris Cantrell, ein leitender Ermittler von DC3, sagte:
Gewitter assoziieren wir meist mit Starkregen und Blitzen, aber auch am oberen Ende der Wolken wirbeln sie durcheinander.
Ihre Auswirkungen hoch in der Atmosphäre haben wiederum Auswirkungen auf das Klima, die lange nach dem Abklingen des Sturms anhalten.
Das DC3-Projekt wird einen umfassenden Blick sowohl auf die Chemie als auch auf die Details von Gewittern werfen, einschließlich Luftbewegung, Wolkenphysik und elektrischer Aktivität.
Eines der Hauptziele von DC3 ist die Erforschung der Rolle von Gewittern bei der Bildung von Ozon in der oberen Atmosphäre, einem Treibhausgas, das einen starken Erwärmungseffekt in der Atmosphäre hat.
Wenn sich Gewitter bilden, kann die Luft in Bodennähe nirgendwo anders hin, als nach oben. Mary Barth ist eine leitende Ermittlerin des Projekts. Sie sagte:
Für einen Großteil des Mittleren Westens der USA und anderen Gebieten sind Frühlingsgewitter am Horizont. Bildnachweis: NOAA
Plötzlich haben Sie in großer Höhe eine Luftmasse, die voller Chemikalien ist, die Ozon produzieren können.
Ozon in der oberen Atmosphäre spielt eine wichtige Rolle beim Klimawandel, indem es erhebliche Mengen an Sonnenenergie einfängt.
Ozon ist jedoch schwer nachzuweisen, da es im Gegensatz zu den meisten Treibhausgasen weder direkt durch Schadstoffquellen noch durch natürliche Prozesse emittiert wird. Stattdessen löst Sonnenlicht Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen wie Stickoxiden und anderen Gasen aus, und diese Reaktionen erzeugen Ozon.
Diese Wechselwirkungen sind an der Erdoberfläche gut verstanden, wurden jedoch nicht an der Spitze der Troposphäre gemessen, der untersten Schicht der Atmosphäre direkt unter der Stratosphäre. Aufwinde in Gewitterwolken reichen von etwa 20 bis 160 Meilen pro Stunde, so dass Luft an der Spitze der Troposphäre in etwa 10 bis 16 Meilen Höhe ankommt, wobei ihre Schadstoffe relativ intakt sind.
Die verschmutzten Luftmassen steigen aufgrund der Barriere zwischen Troposphäre und Stratosphäre, der sogenannten Tropopause, nicht unbegrenzt an. Barth sagte:
Gewitter und Blitze spielen eine Schlüsselrolle in der Chemie unserer Atmosphäre. Bildnachweis: NOAA
In den mittleren Breiten ist die Tropopause wie eine Mauer. Die Luft stößt dagegen und breitet sich aus.
Die DC3-Wissenschaftler werden durch diese Wolken fliegen, um Daten zu sammeln, während ein Sturm im Gange ist. Sie fliegen am nächsten Tag erneut, um dieselbe Luftmasse zu finden, und verwenden ihre charakteristische chemische Signatur, um zu sehen, wie sie sich im Laufe der Zeit verändert hat.
Umweltverschmutzung ist nicht die einzige Quelle von Stickoxiden, der Ozonvorstufe. Auch bei Blitzeinschlägen entstehen Stickoxide.
Die DC3-Ermittler untersuchen drei weit voneinander entfernte Standorte im Norden von Alabama, im Nordosten von Colorado und im Zentrum von Oklahoma bis West-Texas.
cDie zahlreichen Standorte ermöglichen es den Wissenschaftlern, verschiedene Arten atmosphärischer Umgebungen zu untersuchen.
Alabama hat mehr Bäume und damit mehr natürliche Emissionen; der Standort Colorado liegt manchmal in Windschatten der Verschmutzung von Denver; der Standort Oklahoma und Westtexas kann saubere Luft bieten. Barth sagte:
Je mehr unterschiedliche Regionen wir untersuchen können, desto besser können wir verstehen, wie sich Gewitter auf unser Klima auswirken.
Fazit: Das Deep Convective Clouds & Chemistry (DC3) Experiment, das Mitte Mai 2012 beginnt, wird den Einfluss von Gewittern auf die Luft direkt unter der Stratosphäre untersuchen, einer Region hoch in unserer Atmosphäre, die das Klima und die Wettermuster der Erde beeinflusst.