Kohlenstoffemissionen kühlen die Atmosphäre 90 km über der Antarktis ab

Während Treibhausgase die Erdoberfläche erwärmen, sorgen sie weit über uns, am Rande des Weltraums, für eine rasche Abkühlung.

Tatsächlich kühlt die obere Atmosphäre etwa 90 Kilometer (56 Meilen) über der Antarktis zehnmal schneller ab als die durchschnittliche Erwärmung an der Planetenoberfläche.

Unser neue Forschung hat diese Abkühlungsrate genau gemessen und eine wichtige Entdeckung gemacht: einen neuen vierjährigen Temperaturzyklus in der Polaratmosphäre. Die Ergebnisse basieren auf 24 Jahren kontinuierlicher Messungen australischer Wissenschaftler in der Antarktis und wurden in veröffentlicht zwei Papiere diesen Monat.

Die Ergebnisse zeigen, dass die obere Erdatmosphäre in einer Region namens „Mesosphäre“ äußerst empfindlich auf steigende Treibhausgaskonzentrationen reagiert. Dies bietet eine neue Möglichkeit zu überwachen, wie gut staatliche Interventionen zur Emissionsreduzierung funktionieren.

Unser Projekt überwacht auch das spektakuläre Naturphänomen „Nachtleuchtende“ oder „Nachtleuchtende“ Wolken. Dass diese Wolken häufiger vorkommen, ist zwar schön, aber auch schön berücksichtigt ein schlechtes Zeichen für Klimawandel .

Das „Airglow“ studieren

Seit den 1990er Jahren haben Wissenschaftler der australischen Forschungsstation Davis mehr als 600.000 Messungen der Temperaturen in der oberen Atmosphäre über der Antarktis durchgeführt. Wir haben dies mit empfindlichen optischen Instrumenten namens gemacht Spektrometer .

Diese Instrumente analysieren das Infrarotlicht sogenannter Hydroxylmoleküle, die in einer dünnen Schicht etwa 87 Kilometer (54 Meilen) über der Erdoberfläche existieren. Dieses „Luftglühen“ ermöglicht es uns, die Temperatur in diesem Teil der Atmosphäre zu messen.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass Kohlendioxid und andere Treibhausgase in der hohen Atmosphäre über der Antarktis nicht den wärmenden Effekt haben wie in der unteren Atmosphäre (durch Kollision mit anderen Molekülen). Stattdessen wird die überschüssige Energie in den Weltraum abgestrahlt, was zu einem Kühleffekt führt.

Unsere neue Forschung bestimmt diese Abkühlungsrate genauer. Im Laufe von 24 Jahren hat sich die Temperatur in der oberen Atmosphäre um etwa 3 Grad Celsius oder 1,2 Grad Celsius pro Jahrzehnt abgekühlt. Das ist etwa zehnmal stärker als die durchschnittliche Erwärmung in der unteren Atmosphäre – etwa 1,3 Grad Celsius im letzten Jahrhundert .

Natürliche Signale entwirren

Steigende Treibhausgasemissionen tragen zu den von uns aufgezeichneten Temperaturänderungen bei, aber auch eine Reihe anderer Einflüsse spielen eine Rolle. Dazu gehören der saisonale Zyklus (wärmer im Winter, kälter im Sommer) und der 11-jährige Aktivitätszyklus der Sonne (der ruhigere und intensivere Sonnenperioden umfasst) in der Mesosphäre.

Eine Herausforderung der Forschung bestand darin, all diese zusammengeführten „Signale“ zu entwirren, um herauszufinden, inwieweit jedes einzelne die von uns beobachteten Veränderungen vorantreibt.

Überraschenderweise entdeckten wir dabei einen neuen natürlichen Zyklus, der bisher in der oberen Polaratmosphäre nicht identifiziert wurde. In diesem vierjährigen Zyklus, den wir Quasi-Quadrennial Oscillation (QQO) nannten, schwankten die Temperaturen in der oberen Atmosphäre um 3–4 Grad Celsius.

Die Entdeckung dieses Zyklus war, als würde man in einem gut ausgearbeiteten Claim auf ein Goldnugget stoßen. Es bedarf weiterer Arbeit, um seinen Ursprung und seine volle Bedeutung zu bestimmen.

Der Befund hat jedoch große Auswirkungen auf die Klimamodellierung. Es ist unwahrscheinlich, dass die Physik, die diesen Zyklus antreibt, in globale Modelle einbezogen wird, die derzeit zur Vorhersage des Klimawandels verwendet werden. Aber eine Schwankung um 3-4 Grad Celsius alle vier Jahre ist ein großes Signal, das man ignorieren sollte.

Wir wissen noch nicht, was die Schwingung antreibt. Aber was auch immer die Antwort sein mag, es scheint auch Auswirkungen auf die Winde, die Meeresoberflächentemperaturen, den Luftdruck und die Meereiskonzentrationen rund um die Antarktis zu haben.

„Nachtleuchtende“ Wolken

Unsere Forschung überwacht auch, wie sich die Abkühlungstemperaturen auf das Auftreten von Krankheiten auswirken nachtleuchtend oder „nachtleuchtende“ Wolken.

Leuchtende Nachtwolken sind sehr selten – von australischen Antarktisstationen aus haben wir seit 1998 etwa zehn Beobachtungen aufgezeichnet. Sie treten im Sommer in einer Höhe von etwa 80 Kilometern (50 Meilen) in den Polarregionen auf. Sie können sie vom Boden aus nur sehen, wenn die Sonne in der Dämmerung unter dem Horizont steht, aber immer noch auf die hohe Atmosphäre scheint.

Die Wolken erscheinen als dünne, blassblaue, gewellte Filamente. Sie bestehen aus Eiskristallen und benötigen zur Bildung Temperaturen um minus 130 Grad Celsius. Leuchtende Nachtwolken sind zwar beeindruckend, aber dennoch beeindruckend berücksichtigt A ' Kanarienvogel in der Kohlengrube des Klimawandels. Eine weitere Abkühlung der oberen Atmosphäre durch Treibhausgasemissionen wird wahrscheinlich zu häufigeren leuchtenden Nachtwolken führen.

Es gibt bereits einige Anzeichen dafür, dass die Wolken in der Region immer heller werden und sich weiter ausbreiten Nördliche Hemisphäre .

Veränderung messen

Der vom Menschen verursachte Klimawandel droht die Lebensbedingungen auf unserem Planeten radikal zu verändern. Es wird erwartet, dass die durchschnittliche globale Lufttemperatur in den nächsten Jahrzehnten – also in weniger als einem Leben – ansteigt, was einen Anstieg des Meeresspiegels, Wetterextreme und Veränderungen in den Ökosystemen auf der ganzen Welt mit sich bringt.

Eine langfristige Überwachung ist wichtig, um Veränderungen zu messen und immer komplexere Klimamodelle zu testen und zu kalibrieren. Unsere Ergebnisse tragen zu einem globalen Netzwerk von Beobachtungen bei, das von der koordiniert wird Netzwerk zur Erkennung mesosphärischer Veränderungen für diesen Zweck.

Die Genauigkeit dieser Modelle ist entscheidend für die Feststellung, ob staatliche und andere Maßnahmen zur Eindämmung des Klimawandels tatsächlich wirksam sind.

John French , Atmosphärenphysiker, Universität von Tasmanien ; Andrew Klekociuk , leitender Forschungswissenschaftler der australischen Antarktisabteilung und außerordentlicher Dozent, Universität von Tasmanien , Und Frank Mulligan , , Nationale Universität von Irland Maynooth .

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