In fast jedem Lehrbuch über Atmosphärenforschung steht geschrieben, dass Wirbelstürme ein nasses Phänomen sind: Sie versorgen sich mit warmer, feuchter Luft. Aber neuen Simulationen zufolge können die Stürme auch in sehr kalten, trockenen Klimata entstehen.
Ein so kaltes und trockenes Klima wie das in der Studie untersuchte wird auf der Erde wahrscheinlich nie die Norm werden, insbesondere weil der Klimawandel die Welt wärmer und feuchter macht. Aber die Ergebnisse könnten Folgen für Stürme auf anderen Planeten und für die Eigenschaften der Wirbelstürmen selbst haben, die von den meisten Forschern derzeit als korrekt angesehen werden.
„Wir haben Theorien dazu, wie Wirbelstürme bei Temperaturen funktionieren, die wir auf der Erde gewohnt sind, und theoretisch sollten sie noch anwendbar sein, wenn wir ein kühleres und trockeneres Klima bekommen“, sagte Dan Chavas, ein Assistenzprofessor für Geo-, Atmosphären- und Planetenforschung an der Purdue University. „Wir wollten wissen, ob Wirbelstürme wirklich Wasser benötigen. Und wir haben gezeigt, dass das nicht der Fall ist – aber in einer völlig anderen Welt.“
In der Welt, in der wir jetzt leben, brauchen Wirbelstürme Wasser. Wenn sie Land erreichen, werden sie schwächer, weil ihnen das Wasser ausgeht, aus dem sie mittels Verdampfen Energie gewinnen. Aber das muss nicht der Fall sein. „Nur weil nichts da ist, was die Phase zwischen flüssig und gasförmig verändert, bedeutet nicht, dass kein Wirbelsturm entstehen kann“, sagte Chavas. Die Ergebnisse wurden im Journal of the Atmospheric Sciences veröffentlicht.
In Zusammenarbeit mit Timothy Cronin, einem Assistenzprofessor für Atmosphärenforschung am MIT, nutzte er ein Computermodell, das eine sehr einfache Atmosphäre nachbildet und ständig Wirbelstürme erzeugt. In einem allgemeinen Wirbelsturmszenario sieht es aus wie ein Quader mit einem Meer am Boden, aber Chavas veränderte es, um die Oberfläche auszutrocknen, oder um sie unterhalb eines Temperaturbereichs abzukühlen, bei dem normalerweise Wirbelstürme entstehen.
Die kältesten Simulationen wurden mit einer Temperatur von 240 Kelvin (-33 Grad Celsius) durchgeführt und produzierten eine schockierende Anzahl von Zyklonen. Diese kalten, trockenen Stürme waren im Allgemeinen kleiner und schwächer als die Wirbelstürme auf der Erde, aber sie bildeten sich mit einer höheren Rate.
Wenn die Temperatur sinkt, kann die Luft weniger Wasser aufnehmen, was erklärt, warum kalte Temperaturen und trockene Oberflächen in den Experimenten ähnliche Resultate lieferten. Bei 240 Kelvin kann die Luft etwa 100 Mal weniger Wasserdampf halten als bei Temperaturen, die für die Tropen typisch sind.
Interessanterweise gibt es einen Bereich moderater Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten, in dem sich keine Zyklone bildeten. Zwischen 250 und 270 Kelvin (-23 bis -3 Grad Celsius) entstanden keine Wirbelstürme, wobei die Forscher nicht sicher sind, woran das liegt. Bei 280 Kelvin (knapp 7 Grad Celsius) füllte sich die Atmosphäre wieder mit Zyklonen.
„Vielleicht bedeutet das, dass es ideale Umgebungen für die Präsenz von Wirbelstürmen gibt und dass die Welt, in der wir jetzt leben, eine davon ist“, sagte Chavas. „Oder man könnte in einer anderen Welt sein, wo es kein Wasser gibt, die aber trotzdem imstande ist, viele Wirbelstürme hervorzubringen. Wenn die Menschen in Betracht ziehen, ob wir auf einem trockenen Gesteinsplaneten wie dem Mars leben könnten, dann könnte dies Etwas sein, was es zu berücksichtigen gilt.“
Solch ein Planet könnte sogar mehr Wirbelstürme aufweisen, als auf der Erde auftreten. Weil es schwierig ist, die Atmosphären anderer Planeten zu untersuchen, müssen Forscher mit ihrem
Wissen über die Erde und grundlegenden Erkenntnissen zur Funktionsweise von Atmosphären arbeiten.
(THK)
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