Glaziologie für Anfänger


Paläeoatmosphäres

Von der brutto eingestrahlten Sonnenenergiemenge werden ca. 30% von Luftbestandteilen, dem Erdboden und den Wolken reflektiert. Die 70% absorbierter Strahlung teilen sich wie folgt auf: 50% werden vom Erdboden, die restlichen 20% in der Atmosphäre absorbiert.

Luftaufnahme einer typischen sibirischen polygonalen Tundren-Landschaft im Yana-Delta

Wiederum 20% der von der Erde absorbierten Energie werden als terrestrische Infrarotstrahlung reemittiert, davon werden ca. 6% direkt ins All abgestrahlt, während die restlichen 14% wieder in der Atmosphäre absorbiert werden. 6% der von der Erde absorbierten Energie werden als sensible (warme Luft), 24% als latente Wärme (Wasserdampf) in die Atmosphäre abgegeben. Insgesamt nimmt die Atmosphäre also 20% + 14% + 6% +24 % = 64% der eingestrahlten Energie auf, die von ihr als thermische Strahlung wieder abgegeben werden muss, um ein thermisches Gleichgewicht zu gewährleisten. Die Treibhausgase wirken wie ein Schirm, der diese Rückstrahlung in den Weltraum z.T. wieder abfängt.


Luftaufnahme einer typischen sibirischen polygonalen Tundren-Landschaft im Yana-Delta

Außer Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%) und Argon (0,9%) enthält die Atmosphäre auch andere Gase natürlichen Ursprungs: Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Lachgas (NO2) und Ozon (O2). Sie kommen zwar nur in geringen Spuren vor, sind aber aufgrund ihrer Treibhauswirksamkeit für das Klima von größter Bedeutung . Zusätzlich gelangen Abgase aus industrieller Tätigkeit wie z.B. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) in die Lufthülle. In Luftblasen polarer Eiskerne sind die Konzentrationen dieser Gase die Kopplung zwischen Treibhausgasen und Klima in der Vergangenheit.


Luftaufnahme einer typischen sibirischen polygonalen Tundren-Landschaft im Yana-Delta

Gegenstand intensiver Forschung ist auch die Rolle von Wolken und Aerosolen (Ruß und Staubteilchen) für den Treibhauseffekt. Unter einem Aerosol versteht man eine Suspension fester oder flüssiger Partikel in der Luft. Diese Partikel überdecken, wie weiter unten ausführlicher erläutert, einen Größenbereich von einigen 0,1 µm bis zu einigen 10 µm. Einerseits reflektieren Wassertröpfchen und Partikel Sonnenlicht, andererseits absorbieren sie Infrarotstrahlung. Damit haben sie eine Doppelrolle. Sie kühlen die Atmosphäre, aber sie erwärmen sie auch. Aerosolpartikel können im wesentlichen über zwei Wege in die Atmosphäre gelangen.


Luftaufnahme einer typischen sibirischen polygonalen Tundren-Landschaft im Yana-Delta

a) durch Dispergierung d. h. Winderosion, wie z.B. bei Seesalz- und Mineralstaub- partikeln (siehe unten).


Luftaufnahme einer typischen sibirischen polygonalen Tundren-Landschaft im Yana-Delta

b) durch Gas-Partikel-Konversion, d.h. durch Kondensation übersättigter Dämpfe wie z.B. im Fall von Schwefelsäurepartikeln.


Luftaufnahme einer typischen sibirischen polygonalen Tundren-Landschaft im Yana-Delta

Seesalzaerosol wird durch Dispergierung von Meerwasser gebildet. Pro Jahr werden auf diese Weise ca. 1000 Mt Seesalzaerosol gebildet und damit stellt die Produktion von Seesalzaerosol die mengenmäßig wichtigste Aerosolquelle dar. Vor allem durch das Platzen kleiner Luftblasen, an der Ozeanoberfläche werden kleine Seesalzpartikel in die Atmosphäre eingebracht. Die so freigesetzten Seesalztröpfchen trocknen in der Atmosphäre auf einen Bruchteil ihrer ursprünglichen Größe ein. Bei entsprechender Wasserdampfkonzentration wachsen Seesalzpartikel in der Atmosphäre aber auch wieder an und sie sind aufgrund ihrer Hygroskopizität besonders geeignete Kondensationskerne.


Luftaufnahme einer typischen sibirischen polygonalen Tundren-Landschaft im Yana-Delta

Partikuläres Sulfat ist die wichtigste schwefelhaltige Aerosolkomponente in der Atmosphäre. Zwar wird auch ein gewisser Teil von Sulfat direkt partikulär bei der Seesalzaerosolbildung in die Atmosphäre eingetragen (in der Nähe von Gipslagerstätten (CaSO4) wird auch durch Mineralstaub partikuläres Sulfat gebildet) jedoch entsteht der Großteil von Sulfataerosol durch die Oxidation und Gas-Partikel-Konversion seines Vorläufergases SO2. Dieser Prozess, der aus natürlichen und anthropogenen SO2 Quellen gespeist wird, ist für die Produktion von 200-400 Mt Sulfataerosol pro Jahr verantwortlich. Mögliche Quellen für SO2 sind die direkte Emission bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, Biomasseverbrennung sowie vulkanische Aktivität oder dessen Bildung aus anderen, meist biogenen Gasen, die in der Atmosphäre zu SO2 aufoxidiert werden.