Ein neuer Blick auf den Wasserkreislauf in der Atmosphäre

Erstmals ist es einem internationalen Forscherteam gelungen, globale Karten der Isotopenzusammensetzung von Wasser in der unteren Atmosphäre zu messen. Die Messungen des Europäischen Satelliteninstrumentes SCIAMACHY liefern neue Einblicke in den hydrologischen Kreislauf.

Die Daten eröffnen die Möglichkeit, die heutigen Klimamodelle und damit Vorhersagen über Regenmengen und Überschwemmungsgefahren zu verbessern. Die Ergebnisse wurden diese Woche in SCIENCE veröffentlicht. Zum Forscherteam gehören als Ko-Autoren des SCIENCE-Beitrags die Bremer Wissenschaftler Professor Justus Notholt und Thorsten Warneke vom Institut für Umweltphysik der Universität Bremen. Die Koordination des Forschungsprojekts liegt bei Christian Frankenberg von SRON (Netherlands Institute for Space Research) in Utrecht. Das SCIAMACHY-Instrument auf dem europäischen Umweltsatellit ENVISAT ist ein deutsch-niederländisches Gemeinschaftsprojekt. Die wissenschaftliche Leitung des SCIAMACHY-Instrumentes liegt in Bremen bei Professor John Burrows vom Institut für Umweltphysik.

Regen macht unseren Planeten bewohnbar. Wasser spielt die zentrale Rolle für das Klima der Erde und ist zugleich das stärkste Treibhausgas. Wie alle Substanzen besteht auch Wasser aus verschiedenen Isotopen, d.h. Molekülen mit gleichen chemischen Eigenschaften, aber leicht unterschiedlichem Gewicht. Neben dem 'normalen Wasser' gibt es in sehr geringer Konzentration 'schweres Wasser', zum Beispiel HDO. Wenn Wasser verdampft, etwa aus dem Ozean, und später wieder über Land ausregnet, ändert sich der Anteil des schweren Wassers im Vergleich zum normalen Wasser. Die Isotopenzusammensetzung des Wassers enthält somit Informationen über die Vorgeschichte des Wassers, wie oft und bei welchen Temperaturen es aus dem Ozean verdampfte und später kondensierte, um dann auszuregnen. Mit Hilfe von SCIAMACHY-Satellitendaten ist es dem Forscherteam nun gelungen, die globale Verteilung der Isotopenzusammensetzung des Wassers zu bestimmen. Dies sind die ersten Messungen, die die untere Atmosphäre erfassen, in der sich das meiste Wasser befindet.

Die Messungen wurden in zwei zentralen Gebieten mit Modellrechnungen verglichen, in der Sahelzone und in der hohen Arktis um Spitzbergen. In beiden Fällen konnten die Modelle die Messungen nicht reproduzieren, was darauf hinweist, dass der tropische und arktische Wasserkreislauf im Modell bisher nicht vollständig korrekt erfasst wird. Die Satellitenmessungen ermöglichen es nun erstmals, global zu überprüfen, ob die Klimamodelle den Wasserkreislauf korrekt berechnen. Dies kann sowohl die Vorhersage einiger Parameter des Wasserkreislaufes (Regenmenge, Überschwemmungen) als Folge der Klimaerwärmung verbessern sowie dazu verhelfen, das Klima der Vergangenheit korrekt(er) zu rekonstruieren

Das Bild zeigt die globale Verteilung des relativen Anteils an schwerem Wasserdampf. Hohe Anteile an HDO findet man in den Tropen und Subtropen, wo Wasser aus dem warmen Ozean verdampft und dann durch den Wind in Richtung Pole transportiert wird. Da schweres Wasser zuerst ausregnet, verringert sich der Anteil an schwerem Wasser in Richtung Nordatlantik. Denselben Effekt erkennt man auch beim Abregnen auf den Kontinenten, zum Beispiel in Nordamerika. Die vergrößerte Darstellung in der Umgebung des Roten Meeres zeigt aufgrund der großen Verdampfungsrate vom Roten Meer relativ hohe HDO-Werte.

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Fachbereich Physik / Elektrotechnik
Institut für Umweltphysik
Prof. Dr. Justus Notholt
Tel. 0163-148-2017
E-Mail: notholt@uni-bremen.de