Forscher haben eine neuartige Studie zum außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt durchgeführt und dabei gezeigt, wie ein kritischer Schwellenwert von Wasserdampf zu katastrophalen Klimaveränderungen auf der Erde und anderen Planeten führen könnte. Die Studie deckt wichtige Wolkenmuster auf, die diesen irreversiblen Klimawandel vorantreiben, und liefert Einblicke in das Klima von Exoplaneten und ihr Potenzial, Leben zu ermöglichen.
Einem Team des französischen Nationalinstituts für Geographie (UNIGE) und des französischen Nationalzentrums für wissenschaftliche Forschung (CNRS) ist es gelungen, den gesamten außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt zu simulieren, der einen Planeten für Menschen völlig unbewohnbar machen würde.
Die Erde ist ein wunderbarer blaugrüner Punkt voller Ozeane und Leben, während Venus eine blassgelbe, sterile Kugel ist, die für Menschen nicht nur unwirtlich, sondern auch ohne Leben ist. Allerdings ist der Temperaturunterschied zwischen beiden nicht so groß.
Zum ersten Mal auf der Welt ist es einem Forschungsteam aus Astronomen der Universität Genf (UNIGE) und Mitgliedern des Nationalen Forschungszentrums PlanetS (NCCR) mit Unterstützung der Pariser und Bordeaux-Labors des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CNRS) gelungen, den gesamten Prozess eines außer Kontrolle geratenen Treibhausprozesses zu simulieren.
Wissenschaftler haben außerdem gezeigt, dass bereits in der Anfangsphase dieses Prozesses erhebliche Veränderungen in der Struktur der Atmosphäre und der Wolkendecke auftreten, was zu einem nahezu unaufhaltsamen und sehr komplexen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt führt. Auf der Erde reicht bereits ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperaturen um einige zehn Grad in Kombination mit einem leichten Anstieg der Sonnenhelligkeit aus, um dieses Phänomen auszulösen und unseren Planeten unbewohnbar zu machen.
Treibhauseffekt und außer Kontrolle geratene Szenarien
Die Idee, dass der Treibhauseffekt außer Kontrolle ist, ist nicht neu. In diesem Fall würde sich der Planet von einem erdähnlichen gemäßigten Zustand zu einer wahren Hölle mit Oberflächentemperaturen von über 1.000 °C entwickeln. Warum? Wasserdampf, ein natürliches Treibhausgas. Wasserdampf verhindert, dass die von der Erde absorbierte Sonnenstrahlung als Wärmestrahlung wieder in den Weltraum abgestrahlt wird. Die Wärme, die es auffängt, ist wie eine Rettungsdecke. Ein kleiner Treibhauseffekt kann viel bewirken – ohne ihn würde die Durchschnittstemperatur der Erde unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegen und wie eine mit Eis und Schnee bedeckte Kugel aussehen, was für Leben ungünstig wäre.
Umgekehrt erhöht ein zu starker Treibhauseffekt die Verdunstung aus den Ozeanen und damit die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre. „Es gibt einen kritischen Wert in der Menge an Wasserdampf, über den die Erde nicht mehr abkühlen kann. Von diesem Punkt an wird alles weggetragen, bis der Ozean schließlich vollständig verdunstet und die Temperatur mehrere hundert Grad erreicht“, erklärte der Hauptautor der Studie, Guillaume Chaverot, ein ehemaliger Postdoktorand in der Abteilung für Astronomie der Fakultät für Naturwissenschaften der UNU.
Bahnbrechende Forschung zum Klimawandel
Martin Turbet, Forscher am Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) in Paris und Bordeaux, ist Mitautor der Studie. Dies ist das erste Mal, dass ein Forschungsteam ein dreidimensionales globales Klimamodell verwendet, um den Übergang selbst zu untersuchen und zu untersuchen, wie sich Klima und Atmosphäre während des Prozesses entwickelt haben.
Einer der Kernpunkte der Studie beschreibt die Entstehung eines sehr eigenartigen Wolkenmusters, das den Runaway-Effekt verstärkt und den Prozess irreversibel macht. „Von Beginn des Übergangs an können wir das Auftreten einiger sehr dichter Wolken in der oberen Atmosphäre beobachten. Tatsächlich zeigt die obere Atmosphäre nicht mehr die Temperaturinversion, die die Erdatmosphäre charakterisiert, und trennt die beiden Hauptschichten, die Troposphäre und die Stratosphäre, nicht mehr. Die Struktur der Atmosphäre hat tiefgreifende Veränderungen erfahren“, betont Guillaume Chaverot.
Die Entdeckung ist von entscheidender Bedeutung für die Untersuchung des Klimas anderer Planeten, insbesondere von Exoplaneten – Planeten, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen. „Eine unserer stärksten Motivationen bei der Untersuchung des Klimas anderer Planeten besteht darin, festzustellen, ob sie das Potenzial haben, Leben zu beherbergen“, bemerkte Mitautorin der Studie, Émeline Bolmont, Direktorin und Assistenzprofessorin des UNU Center for Life in the Universe (LUC).
Das Zentrum leitet hochmoderne interdisziplinäre Forschungsprogramme zu den Ursprüngen des Lebens auf der Erde und zur Suche nach Leben in exoplanetaren Systemen innerhalb und außerhalb unseres Sonnensystems. „Nach früheren Untersuchungen hatten wir bereits die Existenz einer Wasserdampfschwelle vermutet, aber die Entstehung dieses Wolkenmusters war wirklich überraschend!“ Émeline Bolmont enthüllte.
„Wir haben auch untersucht, wie dieses Wolkenmuster eine spezifische Signatur oder einen ‚Fingerabdruck‘ erzeugen kann, der bei der Beobachtung der Atmosphäre eines Exoplaneten erkannt werden kann. Die nächste Generation von Instrumenten sollte in der Lage sein, ihn zu erkennen“, sagte Martin Turbet. Damit sind die Ziele des Forschungsteams aber noch nicht erschöpft: Guillaume Chaverot hat ein Forschungsstipendium erhalten, um diese Forschung am „Institute of Planetary and Astrophysics of Grenoble“ (IPAG) fortzusetzen. Dieses neue Forschungsprojekt wird sich auf die Besonderheiten der Erde konzentrieren.
Die Erde im fragilen Gleichgewicht
Mithilfe neuer Klimamodelle haben Wissenschaftler berechnet, dass ein geringfügiger Anstieg der Sonneneinstrahlung – der zu einem globalen Anstieg der Erdtemperatur führt – von nur wenigen Dutzend Grad ausreichen würde, um diesen unumkehrbaren außer Kontrolle geratenen Prozess auf der Erde auszulösen, der unseren Planeten so unwirtlich wie die Venus machen würde. Eines der aktuellen Klimaziele ist es, die durch Treibhausgase verursachte globale Erwärmung bis 2050 auf 1,5 Grad zu begrenzen. Eines der Forschungsthemen des Guillaume-Shavirot-Forschungsfonds ist die Frage, ob Treibhausgase außer Kontrolle geratene Prozesse wie einen leichten Anstieg der Sonnenleuchtkraft auslösen können. Wenn ja, besteht die nächste Frage darin, festzustellen, ob die Schwellentemperaturen für die beiden Prozesse gleich sind.
Daher ist die Erde nicht mehr weit von diesem Weltuntergangsszenario entfernt. „Angenommen, dass dieser außer Kontrolle geratene Prozess auf der Erde begann, würde die Verdunstung von nur 10 Metern der Meeresoberfläche zu einem Anstieg des atmosphärischen Oberflächendrucks um 1 Bar führen. In nur wenigen hundert Jahren würden unsere Oberflächentemperaturen mehr als 500 °C erreichen. „Danach würden wir sogar Oberflächendrücke von 273 Bar und Temperaturen von über 1.500 Grad Celsius erreichen, dann wären alle Ozeane vollständig verdunstet“, schloss Guillaume-Shaviro. „
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily