grenz|wissenschaft-aktuell: Wissenschaftler rätseln über massiven Zusammenbruch der irdischen Thermosphäre

Der schematische Aufbau der Erdatmosphäre | Copyright: Niko Lang / CC 3.0

Washington/ USA - Derzeit rätseln Wissenschaftler der NASA über einen ungewöhnlichen Vorgang in der oberen Erdatmosphäre: Zwischen 2008 und 2009 kollabierte die zweitäußerste der Schicht der Erdatmosphäre, die sogenannte Thermosphäre, im massivem Ausmaß. Die gute Nachricht: Derzeit erholt sich die Atmosphärenschicht wieder.

"Es handelt sich um die größte Kontraktion der Thermosphäre in den vergangenen 43 Jahren", erläutert John Emmert von "Naval Research Lab", der eine Studie über das Ereignis gemeinsam mit Kollegen im Fachmagazin "Geophysical Research Letters" veröffentlicht hat.

Der Zusammenbruch der Thermosphäre ereignete sich während des letzten tiefen solaren Minimums, als von 2008 bis 2009 die Sonne so gut wie keine Sonnenflecken aufwies. Tatsächlich war das Ereignis an sich allerdings keine große Überraschung für die Wissenschaftler, da sich die Thermosphäre immer dann abkühlt und zusammenzieht, wenn die Sonnenaktivität niedrig ist. Das Ausmaß der aktuellen Kontraktion kam jedoch einem Zusammenbruch der Atmosphärenschicht gleich, als sie sich um mehr als das Dreifache jener Werte zusammenzog, als dass dies durch solare Aktivität erklärt werden könnte. "Irgendetwas geht da vor sich, das wir noch nicht verstehen", gesteht Emmert ein.

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Die Thermosphäre beschreibt jene Atmosphärenschicht zwischen 90 und rund 600+ Kilometern Höhe und teilt sich diese Sphäre mit Meteoren, Satelliten und Polarlichtern. Hier ist es auch, wo die Strahlung der Sonne zum ersten Mal auf unseren Planeten trifft und die extrem ultraviolette Strahlung der Sonne (XUV/EUV) abgefangen wird, bevor sie Erdoberfläche erreichen kann.

Ist die Sonnenaktivität stark, wärmt sich die Thermosphäre auf und dehnt sich dabei aus, wie ein Marshmallow über dem Lagerfeuer. Sinkt die Aktivität der Sonne, kommt es zum gegenteiligen Effekt. So auch 2008 und 2009, als die Aktivität unseres Zentralgestirns ein ungewöhnliches historisches Minimum erreicht hatte und es lange Zeit überhaupt keine Sonnenflecken und -eruptionen gab (...wir berichteten, s. f. Links). Einhergehend nahm auch die EUV-Strahlung ab und Wissenschaftler richteten ihre Messinstrumente auf die Thermosphäre und entdeckten anhand von Satellitendaten den massiven Zusammenbruch der Atmosphärenschicht.

Als mögliche Erklärung für den Zusammenbruch der Thermosphäre vermuten die Wissenschaftler um Emmert Kohlendioxid als Auslöser, da das Gas in der Atmosphärenschicht als abkühlend wirkt. Zudem ist weithin bekannt, dass die Mengen an CO2 in der Erdatmosphäre immer mehr zunehmen und so die natürliche Abkühlung der Thermosphäre durch die geringe Sonnenaktivität noch verstärkt wurde.

"Und dennoch stimmen die Zahlen immer noch nicht", zeigt sich auch Emmert verwirrt. "Selbst wenn wir das CO2 und seine Wirkung als Kühlmittel in Betracht ziehen, können wir das ganze Ausmaß des massiven Kollapses der Thermosphäre immer noch nicht erklären." Niedrige Sonnenaktivität führt laut den Forschern nur zu einem Anteil von rund 30 Prozent der zwischen 2008 und 2009 gemessenen Minimalwerte. Zusätzliches CO2 könne dann noch weitere 10 Prozent Rückgang bewirken. Bleiben also 60 Prozent für welche die Wissenschaftler keine Erklärung haben.

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Allerdings sei die Situation auch sehr komplex, wenn auch die Tendenzen des globalen Klimas die Zusammensetzung der Thermosphäre beeinflussen und beispielsweise ihre thermalen Eigenschaften und die Art und Weise beeinflussen können, wie sie auf Reize von außen reagiert. Zudem könnte die Anfälligkeit der Thermosphäre auf verschiedene Faktoren und Reize zunehmen.

Jetzt erhoffen sich die Wissenschaftler Aufschlüsse über den mysteriösen Zusammenbruch der Thermosphäre durch das Studium des derzeitigen Wiederanwachsens der Atmosphärenschicht. Die Art und Weise, wie diese Ausdehnung vor sich geht, könnte den Forschern Einsichten liefern, wie es zu dem Kollaps kam.

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