Ein Phänomen der warmen Atmosphäre
Starkregen sind ein klassisches Phänomen der erwärmten Erdatmosphäre. So soll es in Wärmephasen der Erdgeschichte immer wieder sintflutartige Sturzregen gegeben haben. Im Gegensatz dazu sind heutige Starkregen ein bloßes Nieseln.
Ursache extremer Regenfälle
In der aktuellen Studie arbeiteten Jacob Seeley und Robin Wordsworth von der Harvard-Universität die Umweltbedingungen warmer Erdzeitalter in einem Klima-Atmosphären-Modell. Dieses Modell ist zwar nicht nah an der heutigen Realität, jedoch eine wissenschaftlich relevante Simulation. Sie gibt Aufschluss über atmosphärische Luftbewegungen.
Warme Luft speichert mehr Wasserdampf als kalte. In tropischen Gebieten kommt es deshalb immer wieder zu sintflutartigen Regenfällen. Luftströmungen in der Atmosphäre könnten diese Luftmassen jetzt schon in nördliche Breiten befördern. Die globale Erderwärmung verstärkt dieses Phänomen.
Damals könnten die Oberflächentemperaturen der Erde durch hohe Kohlendioxidwerte um dutzende Grad höher gelegen haben als heute.
Die starke Aufheizung der Meere und der Erdoberfläche begünstigen die Bildung einer Art Barriereschicht. Diese warme Luftschicht verhindert das Aufsteigen der wasserdampfreichen und bodennahen Luft in die Troposphäre – so können keine normalen Wolken entstehen.
Die feuchtwarme Luft sammelt sich unter dieser Barriere, kann aber nicht abkühlen. So kondensiert der Wasserdampf nicht aus und es bilden sich keine Regentropfen.
In der oberen Atmosphäre bilden sich zwar Wolken und Regentropfen, verdunsten aber bevor sie die Barriereschicht oder die Erdoberfläche erreichen können. Die Atmosphäre nimmt immer mehr Wasserdampf auf, doch die Niederschläge bleiben aus.
Das ist ähnlich dem Aufladen einer riesigen Batterie.
Entladung von Megaschauern
Der Wasserdampf sammelt sich immer weiter in den bodennahen Schichten. Nach wenigen Tagen folgt anschließend eine plötzliche und heftige Entladung.
Die Ursache für die Entladung ist ein Durchbruch der Barriereschicht, die es den mit Wasserdampf übersättigten Luftmassen erlaubt, schnell von der bodennahen Schicht in die oberen Zonen der Troposphäre aufzusteigen. Dadurch entsteht ein Sog, der noch mehr Luft aufsteigen lässt. Durch diese gewaltigen Luftbewegungen, sogenannte Konvektionsströmungen, kühlen sich die feuchtwarmen Luftmassen abrupt ab – der Wasserdampf kondensiert schlagartig aus.
Wenn die ganze Feuchtigkeit und Hitze von der Oberfläche in die kühle, obere Atmosphäre durchbricht, verursacht dies einen enormen Regensturm. Es zeigt, dass das irdische Klimasystem noch eine Menge Überraschungen bereithält.
Schlüsse aus vergangenen Starkregenereignissen ziehen
Das im Modell simulierte Klima unterscheidet sich aus planetarer Sicht kaum vom heutigen. Was Forschende jedoch beobachten, ist eine veränderte Form des Aufsteigens erwärmter Luftmassen bei gleichzeitigem Absinken kälterer Luft in der Umgebung. Das wird als "atmosphärische Konvektion" bezeichnet.
Mit diesem Modell haben die Forschenden herausgefunden, dass Starkregenphänomene die Geschichte des Erdklimas seit Jahrmillionen geprägt haben könnten. Das würde Phasen extremer Erosion und Verwitterung erklären. Außerdem können die Ergebnisse der Studie dazu dienen, Prognosen für die Zukunft zu stellen.