Die Troposphäre wird wärmer – und größer

Wenn sich etwas erhitzt, dehnt es sich aus  – dies gilt für fast alle Materialien, insbesondere auch für Gase. Wegen der steigenden globalen Oberflächen- und Lufttemperaturen hat das auch Folgen für die Atmosphäre. Dass sich deren unterste Schicht nach oben verschiebt, stellte man schon seit den 1980er-Jahren mit Wetterballons fest. Über die genauen Mechanismen und Gründe war bislang jedoch wenig bekannt. Wie sich die Grenze zwischen dieser Schicht und der darüberliegenden Stratosphäre in den letzten Jahrzehnten langsam, aber stetig verschob, berichtet nun ein Forscherteam in der Fachzeitschrift „Science Advances“.

In den untersten 6 bis 18 Kilometern der Erdatmosphäre, der Troposphäre, spielt sich das Wetter ab – dementsprechend kompliziert sind die dortigen Prozesse. Zur darüberliegenden Stratosphäre, die schichtartig aufgebaut und wesentlich ruhiger ist, besteht eine Grenzschicht, ab der die Temperaturabnahme der Luft mit zunehmender Höhe deutlich absinkt. Dass diese Schicht, die Tropopause, in den letzten Jahrzehnten anstieg, ergaben bereits vergangene Messungen. Es war aber nicht eindeutig, ob dies am Klimawandel lag oder an anderen Einflüssen.

Ein internationales Forscherteam um Lingyun Meng von der Universität Nanjing in China analysierte nun die zunehmende Höhe der Tropopause in den letzten Jahrzehnten. Dazu griffen sie auf Messdaten verschiedener Radiosonden aus dem Zeitraum von 1980 bis 2020 zurück. Solche Radiosonden steigen mit Ballons typischerweise bis in Höhen von rund 30 Kilometern auf und liefern präzise Information über die Schichten der Atmosphäre, bevor die Ballons platzen und an Fallschirmen wieder zu Boden fallen.

Um die Daten auszuwerten, mussten die Forscher zahlreiche Einflüsse auf die irdischen Luftmassen auseinanderhalten. So bestimmten sie etwa, wie sich El Niño und die Südliche Oszillation, ein besonderes Witterungsphänomen im Pazifik aus gekoppelten Luft- und Meeresströmungen, auswirken. Auch ermittelten sie, welchen Anteil Vulkanausbrüche ausmachten, die Verwirbelungen der Luft bewirken und Aeorosolpartikel ausstoßen und damit insbesondere die Rückstrahlung des Sonnenlichts beeinflussen.

Die Forscher betrachteten außerdem den Einfluss der Ozonschicht, die sich in der unteren Stratosphäre befindet. Denn der Abbau der Ozonschicht führte in der Vergangenheit dazu, dass dort weniger Sonnenstrahlung absorbiert wurde und die Stratosphäre sich abkühlte. Dies trug dazu bei, dass sich die darunterliegende Tropopause weiter ausdehnen konnte. Da jedoch der Ausstoß ozonzerstörender Chemikalien zurückgegangen ist, hat sich auch die Abkühlung der Stratosphäre seit dem Jahr 2000 verringert, während die Troposphäre sich weiter erwärmte.

Indem sie all diese Effekte in ihre Kalkulationen einbezogen, stellten die Forscher schließlich fest, dass die Tropopause kontinuierlich um rund 50 bis 60 Meter pro Jahrzehnt anstieg und – insbesondere in den Jahren von 2000 bis 2020 – die Erwärmung der Troposphäre und damit der menschengemachte Einfluss hierfür maßgeblich war. Durch diese Erkenntnisse und das verbesserte Verständnis der Prozesse in der Erdatmosphäre lässt sich künftig die Vermessung der Tropopause nutzen, um die Entwicklung des Klimas noch besser zu analysieren.