Die Stratosphäre

wo alles "geschichtet" wird ? ...

Zu Anfang des 20. Jhdts. entdeckte man mit unbemannten Registrierballons oberhalb der Troposphäre eine Schicht mit etwa konstanter oder leicht ansteigender Temperatur. Solch ein Temperaturprofil bewirkt eine stabile, i.e. konvektions- und austauscharme Schichtung. Daher erhielt diese Schicht den Namen Stratosphäre (von lat. stratum „Decke“ und gr. σφαίρα, sfaira „Kugel“). Inzwischen ist bekannt, dass die Vorstellung von einer ruhigen Schicht oberhalb einer unruhigen Troposphäre nicht ganz zutreffend ist, denn auch in der Stratosphäre können auf kürzeren und längeren Zeitskalen Temperatur- und Windänderungen von etwa gleicher Größenordnung wie in der Troposphäre auftreten.

Tägliche Temperaturänderungen in der Stratosphäre sind nahezu regelmäßig denen in der Troposphäre entgegengesetzt mit etwa gleichen Beträgen. D.h. eine Erwärmung in der Troposphäre hat eine Abkühlung in der Stratosphäre zur Folge und umgekehrt. Dieses Verhalten ist als Gegenläufigkeitsprinzip bzw. stratosphärische Kompensation bekannt.

Die Temperaturkonstanz bzw. -zunahme hat ihre Ursache in der Strahlungskühlung durch den Wasserdampf in der oberen Troposphäre und Tropopausenregion und in der Erwärmung durch Absorption solarer Strahlung in der oberen Stratosphäre. Letztere wird durch das Spurengas (und Treibhausgas) Ozon (dreiatomiges-Sauerstoffmolekül) bewirkt. Ozon verteilt sich vom Erdboden bis in etwa 50 km Höhe. Die Schicht maximalen Ozongehalts, die als Ozonschicht bezeichnet wird, liegt in mittleren Breiten in etwa 26 km Höhe. Die stratosphärische Ozonschicht schützt uns vor der schädlichen UV-Strahlung der Sonne. Erhöhtes Ozon in der Troposphäre wirkt sich schädlich auf Fauna, Flora und den menschlichen Organismus aus. Obwohl Ozon erst deutlich oberhalb der Tropopause mit mehr als einigen ppmv (parts per million by volume) vorhanden ist, wirkt es durch Erwärmung weit hinunter. Das Temperaturprofil in der Stratosphäre wird daher im Wesentlichen durch das Strahlungsgleichgewicht zwischen Erwärmung durch solarer Einstrahlung und Abkühlung durch Ausstrahlung im infraroten Bereich bestimmt. Die stärkste Temperaturzunahme mit der Höhe in der Stratosphäre erfolgt im Bereich der Ozonschicht. In diesem Bereich steigt die Temperatur von im Mittel -60°C auf etwas weniger als 0°C an.

Das wichtigste Treibhausgas, der Wasserdampf, ist in der Stratosphäre nur in geringen Volumenanteilen vertreten. In den tropischen Regionen wird durch riesige Konvektionstürme ein Großteil vieler Treibhausgase, darunter auch Wasser, in die Stratosphäre eingetragen. Wie durch eine Umwälzpumpe werden sie von dort global verteilt. Bei Eintritt in die Stratosphäre muss die Luft die Tropopause durchkreuzen. Eiswolken bilden sich in der grimmigen Kälte. Die Tropopause ist in den Tropen viel kälter als in höheren Breiten. Das Wasser wird auf seinem Weg in die Stratosphäre in dieser "Kühlfalle" zurückgehalten. Es bleibt in Form von Eisteilchen in der Falle hängen. Die Luft wird gefriergetrocknet. Eine zumeist trockene Luftmasse bleibt zurück. Hier wird bestimmt, wie viel Wasser in die Stratosphäre gelangt. Eine wichtige Folge ist, dass der Wassergehalt in der Stratosphäre global eigentlich nur noch wenige tausendstel der troposphärischen Werte beträgt.

Da die stratosphärische Luft sehr trocken ist, bilden sich Wolken in der Stratosphäre gewöhnlich nur unter extrem kalten Bedingungen. Dennoch deuten neuere Messungen darauf hin, dass die Stratosphäre nicht unbedingt so trocken sein muss, wie bisher angenommen.

Cumulonimbus-Wolke

fotografiert von Harald Franke an Bord des Learjet 35A-DCGFD auf dem Flug von Monastier (Tunesien) nach Hohn (Nord-Deutschland) am 22.08.2003 (17:31 Uhr) während der SPURT-Kampagne.

Blick aus dem Cockpit

fotografiert von Harald Franke an Bord des Learjet 35A-DCGFD auf einem Flug von Monastier (Tunesien) nach Hohn (Nord-Deutschland) am 22.08.2003 (17:25 Uhr) während der SPURT-Kampagne.