Die Stratosphäre der Erde schrumpft seit 40 Jahren: Warum das die Satelliten in der Umlaufbahn durcheinanderbringen könnte

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Ein Streifen subtropischer Stratocumulus-Wolken vom Weltraum aus gesehen.
Ein Streifen subtropischer Stratocumulus-Wolken vom Weltraum aus gesehen.

Etwa zwölf Kilometer über unseren Köpfen beginnt die Stratosphäre. Diese Schicht des Himmels — in der Überschalljets und Wetterballons fliegen — erstreckt sich bis zu 50 Kilometer über der Erdoberfläche. Doch nach neuen Forschungsergebnissen ist diese Schicht der Atmosphäre in den vergangenen 40 Jahren um einen halben Kilometer geschrumpft. Eine Studie, die in der Fachzeitschrift "Environmental Research Letters" veröffentlicht wurde, zeigt, dass die Treibhausgasemissionen der Menschheit für dieses erstaunliche Schrumpfen verantwortlich sind.

Wenn Kohlendioxid aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe in die unterste Ebene der Atmosphäre — die sogenannte Troposphäre — eindringt, fängt es einen Teil des Sonnenlichts ab, das auf die Erde trifft, bevor es zurück ins All reflektiert werden kann. Aus diesem Grund steigt die Temperatur des Planeten. Je mehr die Emissionen steigen, desto mehr Wärme von der Sonne bleibt auf der Erde gefangen und desto weniger Wärme kann die Stratosphäre auf ihrem Weg ins All abstrahlen. Also kühlt sich die Stratosphäre ab.

Durch die Abkühlung der Stratosphäre kommt es zu ihrer Schrumpfung. Zwischen den 1960er und Mitte der 2010er Jahre kühlte sie um bis zu drei Grad Celsius ab. Sollten die globalen Treibhausgasemissionen auf ihrem derzeitigen Niveau bleiben oder sogar noch zunehmen, wird sich diese Schrumpfung voraussichtlich fortsetzen.

Die neue Studie deutet darauf hin, dass die Stratosphäre bis 2080 fast anderthalb Kilometer dünner werden wird — ein Rückgang von etwa vier Prozent gegenüber ihrer durchschnittlichen Dicke zwischen 1980 und 2018. Diese Ausdünnung könnte unter anderem die GPS-Navigationssysteme, die Funkkommunikation oder die Flugbahnen von Satelliten in der Umlaufbahn stören.

Eine schrumpfende Atmosphäre

Ein von der Raumstation aufgenommenes Bild zeigt, wie der Rand der Erde in die orangefarbene Stratosphäre übergeht.
Ein von der Raumstation aufgenommenes Bild zeigt, wie der Rand der Erde in die orangefarbene Stratosphäre übergeht.

Man muss sich die Erdatmosphäre wie eine reichhaltige, mehrschichtige Torte vorstellen. Die Troposphäre ist die dem Planeten am nächsten gelegene Schicht. In der Schicht, die sich zwölf Kilometer über der Erdoberfläche um die Erde spannt, spielt sich der Großteil unseres Wetters ab und fliegen Verkehrsflugzeuge. Sie trifft auf die darüber liegende Stratosphäre an einer Grenze, die als Tropopause bekannt ist. Auf der anderen Seite der Stratosphäre befindet sich die Mesosphäre, die sich etwa 80 Kilometer nach oben erstreckt. Die Grenze zwischen diesen beiden Schichten wird Stratopause genannt. Dann kommt die obere Atmosphäre, die bis zu rund 710 Kilometer hoch reicht. Dazu gehören die Thermosphäre, in der etwa Satelliten und die Internationale Raumstation kreisen, und die Ionosphäre.

Laut der neuen Studie nähern sich die Grenzen auf beiden Seiten der Stratosphäre — die Tropopause und die Stratopause — einander immer mehr an. Das deutet darauf hin, dass die Stratosphäre zunehmend kleiner wird. Seit 1980 hat die Höhe der Tropopause zugenommen und die Höhe der Stratopause abgenommen. Dieser Trend, so die Forscher, wird sich voraussichtlich fortsetzen, sofern die Kohlenstoffemissionen nicht drastisch reduziert werden. Die atmosphärische Kohlendioxid-Konzentration hat im vergangenen Jahr ein Rekordhoch erreicht.

"Kohlendioxid kühlt die Stratosphäre ab und wenn die Stratosphäre abkühlt, schrumpft die Größe der Atmosphäre", sagte Gavin Schmidt. Er ist Direktor des Goddard Institute for Space Studies der NASA. Wer sich in der Mesosphäre in etwa 80 Kilometer Höhe befindet, so fügte er hinzu, "sieht tatsächlich den Himmel fallen — er fällt um einige Kilometer nach unten."

Schlechte Nachrichten für Satelliten in der Umlaufbahn?

Eine Illustration eines GPS-Satelliten des US-Militärs in der Umlaufbahn.
Eine Illustration eines GPS-Satelliten des US-Militärs in der Umlaufbahn.

Satelliten umkreisen die Erde oberhalb der Stratosphäre. Da aber jede Veränderung in einer Schicht der Atmosphäre Probleme in anderen Schichten hervorrufen kann, könnte eine schrumpfende Stratosphäre Auswirkungen auf diese Satelliten haben. "Wenn – und das ist ein großes Problem – die schrumpfende Stratosphäre alle darüber liegenden Atmosphärenschichten absenkt, würden Satelliten in niedriger Höhe einen geringeren Luftwiderstand erfahren, was ihre Flugbahnen verändern könnte", erklärte Paul Williams. Er ist Professor für Atmosphärenforschung an der Universität Reading in Großbritannien und war nicht an der Studie beteiligt.

Diese Veränderungen könnten laut der neuen Studie GPS-Satelliten oder andere weltraumgestützte Navigationssysteme beeinträchtigen und sie möglicherweise ungenauer machen. Auch Hochfrequenz-Funkübertragungen könnten gestört werden, da bei dieser Art der Kommunikation Radiowellen an geladenen Teilchen in der Ionosphäre abprallen. Das ist die Art und Weise, wie Flugzeugpiloten mit Flugsicherungstürmen in den nördlichsten Regionen des Planeten kommunizieren, wo GPS nicht funktioniert, wie zum Beispiel in der Arktis. "Jede Änderung der Höhe der elektrisch geladenen Schicht könnte die Übertragung von Radiowellen verändern", sagte Williams.

Dieser Artikel wurde von Ilona Tomić aus dem Englischen übersetzt und editiert. Das Original lest ihr hier.

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