Leuchtende Nachtwolken: Welche Naturphänomene Staub verursacht

Bei Reisen in den Norden sieht man immer häufiger leuchtende Nachtwolken. Sie präsentieren sich in Schleiern, Streifen, Wellen oder auch Wirbel. Die Ursachen für das Phänomen sind Staub und der Klimawandel.

Die Urlaubszeit ist wieder in vollem Gange. Reisegesellschaften möchten ihren Kunden jetzt spannende Beobachtungen bieten können. Bei Reisen in den Norden sollen es nicht nur Seehunde oder prächtige Fjorde sein. Auch ein Blick in die Atmosphäre würde die Gäste zum Staunen bringen. Verschiedene Himmelsspektakel sind angesagt. Wie im letzten Beitrag «Hallo Wetterfrosch» (FN vom 28. Juni 2023) berichtet und erklärt, geht es da zum Beispiel um das farbenprächtige Polarlichtleuchten. Das findet auf einer Höhe von 100 bis 200 Kilometern über der Erdoberfläche in der äussersten Atmosphärenschicht statt.

Etwas tiefer – auf circa 81 bis 85 Kilometern Höhe – kann man zurzeit mitten in der Nacht leuchtende Nachtwolken entdecken. Auf dieser Höhe Wolken: Das ist doch eher überraschend, wenn man weiss, dass Wolken sich eigentlich nur in der untersten Luftschicht der Atmosphäre, der Troposphäre, bilden.

Wo das Wetter geschieht

Zuerst also ein paar Gedanken zum Aufbau der Atmosphäre. Unsere Lufthülle rund um die Erde, die Atmosphäre, besteht aus verschiedenen Schichten (Sphären). Von der Erdoberfläche bis auf circa zwölf Kilometern Höhe spricht man von der Troposphäre. In dieser Luftschicht spielt sich alles Wettergeschehen ab, eben auch die Wolkenbildung.

Weitere Schichten

Danach folgt bis auf circa 50 Kilometern Höhe die Stratosphäre mit der wichtigen Ozonschicht. Das ist die Schicht, die uns vor den harten UV-Strahlen der Sonne schützt. Über der Stratosphäre bauen sich noch zwei weitere Schichten auf. Es sind dies die Mesosphäre, mit den tiefsten Temperaturen innerhalb der ganzen Luftschicht, und die Thermos- oder Ionosphäre, die für Nachrichtenübermittlungen dient und in der das Polarlicht entsteht.

Unsere leuchtenden Nachtwolken sind tatsächlich Wolken, die aus feinsten Eiskristallen bestehen, ähnlich den Cirrus-Wolken. Sie liegen aber rund 70 Kilometer höher als die Cirrus-Wolken, nämlich an der Grenze der Mesosphäre zur Thermosphäre.

Staub sorgt fürs Leuchten

Da stellt sich die Frage: Wie kommt Wasser in solch grosse Höhen? Im Jahre 1885 brach der Vulkan Krakatau in Indonesien aus und schleuderte Unmengen von Staub und Wasserdampf bis in diese Höhen. So konnte man zum ersten Mal, während Jahren, leuchtende Nachtwolken beobachten. Die Staubpartikel bildeten die Kondensationskeime, an denen der Wasserdampf direkt in Eiskristalle umgewandelt (sublimiert) wurde.

Heute geht man auch davon aus, dass Meteore, die gelegentlich in die Erdatmosphäre eintauchen und verglühen, weiterhin für Staubpartikel und damit für Kristallisationskeime sorgen. Die leuchtenden Nachtwolken waren früher eher selten, in den letzten 30 Jahren aber immer häufiger. Untersuchungen dieser Zunahme zeigen, dass auch hier der Klimawandel mitspielt. Alleine in der Zeit von 1871 bis 2008 hat sich der Wasserdampfgehalt in der mittleren Atmosphäre verdoppelt.

Immer mehr Dreck

Druck- und Temperaturunterschiede sorgen dafür, dass Aufwinde (Konvektion) den Wasserdampf zunehmend in so grosse Höhen verlagern. Aber auch Methangas (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂), die als Treibhausgase zur Erderwärmung beitragen, gelangen durch Konvektionen in die mittlere Atmosphäre. Dort werden sie durch chemische Prozesse teilweise in Wasserdampf abgebaut.

Heute kann man im Norden – von 55° bis 65° nördliche Breite – fast jedes Jahr im Juni und Juli solche leuchtenden Nachtwolken bestaunen. Warum leuchten diese Wolken in der Nacht?

Wenn die Sonne nach Sonnenuntergang circa 16 Grad unter dem Horizont steht, ist es für den Beobachter auf der Erdoberfläche Nacht. Die Eiswolken auf 82 auf 85 Kilometern Höhe werden aber noch von den letzten Sonnenstrahlen beschienen und leuchten in einem silbrigweissen bis bläulichen Licht, was ihnen den Namen «leuchtende Nachtwolken»gibt.

Die Temperatur in diesen Eiswolken ist mit circa minus 140 Grad Celsius die tiefste der ganzen Erdatmosphäre. Die Wolken bestehen also wirklich nur aus ganz feinen Eiskristallen, die das Sonnenlicht streuen und reflektieren. Für den Beobachter auf einer Nordreise entstehen so beeindruckende Bilder.

Die leuchtenden Nachtwolken präsentieren sich vielfach in ausgeprägten Mustern – wie Schleier, Streifen, Wellen oder auch Wirbel. Seit 2007 werden diese hohen Eiswolken von einem eigenen Satelliten, dem AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere), untersucht. Auf Reisen zwischen Hamburg (D) und Trondheim (No) können sie zu einem Ferienvergnügen werden und das mitten in der Nacht.

Mario Slongo ist ehemaliger DRS-Wetterfrosch. Einmal im Monat erklärt er in den FN spannende Naturphänomene. Weitere Beiträge unter: www.freiburger-nachrichten.ch