von DIRK EIDEMÜLLER
Während sich das Wetter praktisch vollständig im untersten Teil der Atmosphäre, der sogenannten Troposphäre, abspielt, sind für das Klima auch die darüberliegenden Schichten von großer Bedeutung. Denn der großräumige Transport der Luftmassen in der Troposphäre steht in Wechselwirkung mit den darüberliegenden Luftschichten: Die Stratosphäre beginnt in Äquatornähe bei rund 16 Kilometer Höhe und in den Polarregionen schon bei gut der Hälfte davon. Zwischen ihr und der Troposphäre finden voluminöse Wellenbewegungen statt. Außerdem befindet sich in der unteren Stratosphäre die Ozonschicht, die uns vor der schädlichen UV-Strahlung der Sonne schützt.
Noch einmal deutlich darüber liegt die Mesosphäre, die bei rund 50 Kilometer Höhe beginnt und ab 100 Kilometer Höhe in den Weltraum übergeht. Man bekommt von ihr nicht viel mit, außer wenn bei besonderen Wetterverhältnissen dort die seltenen leuchtenden Nachtwolken auftreten oder mal wieder eine Sternschnuppe dort oben verglüht. Die Mesosphäre ist leider nicht besonders gut erforscht, da es keine so hochfliegenden Wetterballons gibt und man deshalb auf weniger genaue Satellitendaten zurückgreifen muss.
Lücken im Verständnis
Einige der komplexen Prozesse in der Atmosphäre sind daher bislang nur grob verstanden, und noch immer gibt es einige ungeklärte Fragen. „In der Forschung wird unter anderem die Frage diskutiert, welchen Effekt Vulkanausbrüche auf die Strato- und die Mesosphäre haben“, sagt Sandra Wallis, Umweltphysikerin an der Universität Greifswald. Als wichtiges Modellsystem hierfür dient der Ausbruch des Pinatubo im Jahr 1991. Diese verheerende Eruption war einer der stärksten Vulkanausbrüche der letzten 100 Jahre und konnte im Gegensatz zu früheren Eruptionen schon umfassend mit den damals verfügbaren Satelliten verfolgt werden.
„Der Ausbruch hat damals für gut ein Jahr zu einer spürbaren Abkühlung der Erdoberfläche von ungefähr einem halben Grad geführt“, sagt Wallis. Das liegt an den Aerosolen und aerosolbildenden Schwefelpartikeln, die in großer Menge in die Stratosphäre geblasen wurden. In der Troposphäre werden diese Aerosole schnell durch Wind und Wetter wieder ausgewaschen. „Aber in der ruhigen, wasserarmen Stratosphäre können sie sich mehrere Jahre halten, bevor sie wieder in die Troposphäre absinken“, erklärt die Forscherin.
Die Aerosole bestehen großteils aus schwefelsäurehaltigen Tröpfchen und sehr feinen Staubteilchen, die Sonnenstrahlung absorbieren können. Dadurch heizt sich aber die Stratosphäre auf – beim Pinatubo-Ausbruch um zwei bis drei Grad Celsius. „Es gibt aber noch einige unverstandene Fragen, etwa welchen Effekt das auf die globalen Zirkulationsmuster hat“, sagt Wallis. „Außerdem ist nicht klar, warum es kurz nach dem Ausbruch zu einem Temperaturanstieg in der Mesopause, dem äußersten Rand der Mesosphäre, gekommen ist. Deshalb haben wir unter anderem Simulationen zu einem hypothetischen Vulkanausbruch gemacht, der doppelt so stark wie derjenige des Pinatubo war.“ Das entspräche ungefähr der Stärke des berühmten Ausbruchs von Krakatau im Jahr 1883 oder dem des Hunga Tonga, der sich 2022 unter der Wasseroberfläche im Pazifik ereignete und dessen Eruptionssäule ebenfalls bis in die Mesosphäre reichte.
