Samstag, 2. Juni 2007

Klima

Bestimmt die Ausdehnung des Nordpoleises das Klima in den Tropen?

Wenn es am Nordpol wärmer wird und das Eis immer mehr zusammenschmilzt, so wird es in den Tropen feuchter. Fallen die Temperaturen am Nordpol, dann gehen in den Tropen die Niederschläge deutlich zurück. Das haben jetzt Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) an der Kieler Universität in einer Studie unter der Leitung des Geologen Dr. Syee Weldeab nachgewiesen. Die Wissenschaftler untersuchten einen 37m langen Bohrkern aus dem Golf von Guinea in der Nähe der Mündungen der beiden Flüsse Niger und Sanaga.


Golf von Guinea (Quelle: Wikipedia)

Dabei interessierte man sich besonders für die im Bohrkern enthaltenen fossilen Foraminiferen, einer Planktonart, die Kalkschalen ausbildet. In den Kalkschalen überprüfte man 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 besonders der Fall, wenn die betreffenden Flüsse durch starke Niederschläge gespeist worden sind. Barium ist das 14.häufigste (!) Element der Erdkruste und wird durch Niederschläge aus den Gesteinen (bis zu 0,2%!) ausgewaschen und gelangt so auch in das Süßwasser der Flüsse. Das Salzwasser der Meere enthält dagegen nur winzigste Anteile an Barium (10-20 Milliardstel). Ein hoher Bariumanteil in einer Schicht des Bohrkerns spricht also für ein hohes Niederschlagsaufkommen, während ein niedriger Bariumanteil anzeigt, daß es eher trocken war.


Foraminiferen ("Lochträger"), Amöben mit einer Kalkschale, mikroskopische Aufnahmen
(Quelle: Wikipedia)

Die so gewonnen Daten über Feucht – und Trockenperioden wurden mit Klimadaten verglichen, die man bereits vorher mit Eisbohrkernen aus Nordgrönland gewonnen hatte. Aus den Eisbohrkernen, deren Schichten aus zu Eis gepresstem Schnee bestehen, kann man die Temperaturen ermitteln, die geherrscht haben als der Schnee jeweils gefallen ist. Das ist möglich, da der Sauerstoff des Wassers in zwei Formen (Isotope) vorkommt, die zwar chemisch gleich sind, sich aber im Gewicht unterscheiden. Wasser mit der leichteren Form (Isotop O16) verdunstet eher als Wasser mit der schwereren Form (Isotop O18), so daß sich das leichtere Isotop O16 in den in Grönland als Schnee fallenden Niederschlägen temperaturabhängig anreichern konnte. Bei niedrigen Temperaturen verdunstete fast nur Wasser mit O16, bei höheren Temperaturen kam auch immer mehr Wasser mit O18 hinzu.
Der Vergleich der Bohrkerne aus dem Golf von Guinea mit den Eisbohrkernen aus Grönland ergab, daß es nach einer Temperaturänderung in Grönland nur 40-50 Jahre dauerte bis in Westafrika eine deutliche Veränderung der Niederschlagshäufigkeit eintrat.


Temperaturen in Grönland beeinflussen Niederschläge in Westafrika
(Quelle: http://www.uni-kiel.de/download/pm/2007/ozean-2007-05-31-1.jpg)

Es deutet also vieles darauf hin: Eine warme Arktis bewirkt immer ein feuchtes Klima in den Tropen und wenn es hoch im Norden wieder kälter wird, dann wurde es entsprechend in den Tropen deutlich trockener. Doch warum ist das so? Dazu ein paar Überlegungen, wobei ich mich
auf die Geschehnisse in Westafrika beschränken werde.
Die Niederschläge sind dort in der so genannten Regenzeit im Sommer (Juni, Juli) besonders heftig. Dann steht die Sonne über dem nördlichen Wendekreis im Zenit und ebenfalls nördlich des Äquators, aber etwas nach Süden versetzt, befindet sich -da die von der Sonne erwärmte Luft aufsteigt- eine Tiefdruckzone (Innertropische Konvergenzzone, ITCZ), die über dem -verglichen mit dem Meer- stark erwärmtem Land besonders ausgeprägt ist.


Die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ)
(Quelle: http://www.klett.de/sixcms/media.php/76/passatzirkulation.jpg)

Weiter oben über der Tiefdruckzone (am oberen Rand der Troposphäre ) steigt der Luftdruck und es entsteht eine Hochdruckzone. Die aufgestiegene Luft weicht deshalb in nördliche und südliche Richtungen aus und beginnt, da sie langsam abkühlt, wieder abzusinken, wobei sie sich dann wieder erwärmt. Die so neu hinzugekommene Luft erhöht das Gewicht der dort schon vorhandenen Luft, wodurch am Boden die subtropischen Hochdruckgebiete entstehen. Von dort aus strömt die herabgesunkene, überschüssige Luft in alle Richtungen. Ein Teil davon wird durch die Tiefdruckzone (Innertropische Konvergenzzone) angesaugt (Passatwinde). Alle weiträumigen Luftströmungen werden durch die Corioliskraft abgelenkt. Die aus südlichen Richtungen vom subtropischen Hochdruckgebiet über das Meer kommende Luft nimmt auf ihrem Weg viel Feuchtigkeit auf, bevor sie nach Westafrika gelangt und über der Innertropischen Konvergenzzone aufsteigt. Die feuchte Luft kühlt dabei ab und es bildet sich eine mächtige Quellbewölkung, die viel Regen bringt. Die aus nördlichen Richtungen in die Innertropische Konvergenzzone einströmende Luft gelangt nicht in die Region um den Golf von Guinea in Westafrika.


Bewölkung über der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ),
Infrarotaufnahme von Meteosat
(Quelle:
http://www.enso.info/images/itc.jpg )

Wenn das Jahr voranschreitet, wandert die Innertropische Konvergenzzone nach Süden. Die aus nördlichen Richtungen angesaugte Luft gelangt dann vom subtropischen Hochdruckgebiet über Land nach Westafrika und kann deshalb nur sehr wenig Feuchtigkeit aufnehmen. Daher bleibt es trocken. Die aus südlichen Richtungen angesaugte Luft ist zwar feucht, gelangt aber nicht nach Westafrika. Der Wind weht in Westafrika am Golf von Guinea also im Sommer zunächst aus südlichen Richtungen und bringt viele Niederschläge. Zum Winter hin weht er dann als trockener Wind aus nördlichen Richtungen. Dieser während eines Jahres seine vorherrschende Richtung wechselnde Wind wird Monsun genannt.
Warum fällt nun aber in Westafrika mehr Regen, wenn es am Nordpol relativ warm ist und dort das Eis schmilzt?
Vielleicht ist alles ja ganz einfach: Durch das fehlende Eis wird ein geringerer Anteil der Sonnenstrahlen reflektiert und dadurch wird das Wasser umso wärmer. Ein sich selbst verstärkender Prozess, der entsprechend die Wasserverdunstung erhöhen wird. Die Atmosphäre insgesamt enthält dann mehr Wasserdampf, da dieser durch die globale Luftzirkulation gleichmäßig verteilt wird, was nicht nur mehr Luftfeuchtigkeit bedeutet, sondern auch höhere Temperaturen auf der Erde insgesamt, da Wasserdampf ein starkes Treibhausgas ist. Beides zusammen ruft dann natürlich gerade in den Tropen -mit ihrer sowieso schon ausgeprägten Wasserverdunstung- häufigere und stärkere Niederschläge hervor. Bei einem Kälteeinbruch am Nordpol läuft dann alles in die entgegengesetzte Richtung. Es könnte dann aber noch ein weiterer Effekt dazukommen: Bei einer deutlichen Abkühlung des Nordpols gelangen vielleicht Kältehochs weit nach Süden und hindern dadurch die Innertropische Konvergenzzone an einer allzu weiten Wanderung in Richtung des nördlichen Wendekreises. Der Sommermonsun, der den Regen bringt wäre dann zumindest abgeschwächt.


Jens Christian Heuer

Quellen:
IFM-GEOMAR (www.ifm-geomar.de)
Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Monsun)

 
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