Klima erklärt: Warum der Mars trotz einer Atmosphäre aus Kohlendioxid kalt ist

Klima erklärt ist eine Zusammenarbeit zwischen The Conversation, Stuff und dem neuseeländischen Science Media Centre, um Ihre Fragen zum Klimawandel zu beantworten.

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Wenn winzige Konzentrationen von Kohlendioxid genug Wärme speichern können, um eine globale Erwärmung auf der Erde zu bewirken, warum ist der Mars dann kalt? Seine Atmosphäre besteht zu 95 % aus Kohlendioxid.

Das Rezept für die Temperatur der Oberfläche eines Planeten besteht aus vier Hauptbestandteilen: atmosphärische Zusammensetzung, atmosphärische Dichte, Wassergehalt (aus Ozeanen, Flüssen und Luftfeuchtigkeit) und Entfernung von der Sonne. Es gibt noch weitere Zutaten, wie z. B. jahreszeitliche Effekte oder das Vorhandensein einer Magnetosphäre, aber diese wirken eher wie das Hinzufügen von Aromen zu einem Kuchen.

Betrachten wir die Erde, so macht das Gleichgewicht dieser Zutaten unseren Planeten bewohnbar. Veränderungen in diesem Gleichgewicht können zu Auswirkungen führen, die sich auf planetarischer Ebene bemerkbar machen. Genau das geschieht mit der Zunahme der Treibhausgase in der Atmosphäre unseres Planeten.

Die erhöhten Konzentrationen von Kohlendioxid, Methan, Schwefelhexafluorid und anderen Gasen in der Atmosphäre haben die Temperatur der Oberfläche unseres Planeten allmählich ansteigen lassen und werden dies noch viele Jahre lang tun.

Als Folge davon beginnen die mit Eis bedeckten Gebiete zu schmelzen und extreme Wetterereignisse werden häufiger. Dies stellt uns vor eine wachsende Herausforderung, uns an diese neue Realität anzupassen.

Kleine Konzentration, große Wirkung

Es ist erstaunlich, wie wenig sich die Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) und anderen Treibhausgasen ändern muss, um eine solche Veränderung unseres Klimas zu bewirken. Seit den 1950er Jahren haben wir den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre um einen Bruchteil eines Prozents erhöht, aber das verursacht bereits mehrere Veränderungen in unserem Klima.

Das liegt daran, dass CO₂ nur einen winzigen Teil der Erdatmosphäre ausmacht. Es wird in Teilen pro Million (ppm) gemessen, was bedeutet, dass auf jedes Kohlendioxidmolekül eine Million andere kommen. Seine Konzentration beträgt nur 0,041 %, aber selbst eine kleine prozentuale Veränderung bedeutet eine große Veränderung der Konzentration.

Wie die Atmosphäre und das Klima der Erde in der Vergangenheit aussahen, lässt sich durch die Analyse von Luftblasen, die im Eis eingeschlossen waren, feststellen. Während der Eiszeiten der Erde lag die Kohlendioxidkonzentration bei etwa 200 ppm. Während der wärmeren Zwischeneiszeiten lag sie bei etwa 280 ppm, doch seit den 1950er Jahren steigt sie unaufhaltsam weiter an. Im Jahr 2013 überschritt der CO₂-Gehalt zum ersten Mal in der aufgezeichneten Geschichte die 400-ppm-Marke.

Dieser Anstieg entspricht fast einer Verdoppelung der Konzentration, und es ist klar, dass Kohlendioxid und andere Treibhausgase in dem Rezept für die Oberflächentemperatur der Erde in Maßen verwendet werden müssen.

Die Rolle des Wassers

Wie Mehl für einen Kuchen ist Wasser eine wichtige Zutat für die Erdoberfläche. Wasser sorgt dafür, dass sich die Temperatur langsam bewegt. Deshalb ändern sich die Temperaturen im tropischen Regenwald kaum, aber in der Saharawüste ist es nachts kalt. Die Erde ist reich an Wasser.

Lassen Sie uns einen Blick auf unsere festen Planeten werfen. Merkur ist der sonnennächste Planet, aber er hat eine sehr dünne Atmosphäre und ist nicht der wärmste Planet. Die Venus ist sehr, sehr heiß. Ihre Atmosphäre ist reich an Kohlendioxid (über 96 %) und sehr dicht.

Die Atmosphäre des Mars ist ebenfalls reich an Kohlendioxid (über 96 %), aber sie ist extrem dünn (1 % der Erdatmosphäre), sehr trocken und weiter von der Sonne entfernt. Diese Kombination macht den Planeten zu einem unglaublich kalten Ort.

Das Fehlen von Wasser führt dazu, dass sich die Temperatur auf dem Mars stark verändert. Die Mars-Explorationsrover (Spirit am Gusev-Krater und Opportunity am Meridiani-Planun) erlebten Temperaturen von wenigen Grad Celsius über Null bis zu minus 80℃ in der Nacht: an jedem einzelnen Marstag, dem sogenannten Sol.

Terraforming oder Terrafixing

Eine der interessanten Herausforderungen beim Bau von Weltraumnutzlasten, wie wir sie an der Griffith University durchführen, besteht darin, Instrumente zu bauen, die einem so großen Temperaturbereich standhalten können.

Ich liebe Gespräche über Terraforming. Das ist die Idee, dass wir zu einem Planeten mit einer atemlosen Atmosphäre fliegen und ihn mit einer Art Maschine reparieren könnten, die die schädlichen Gase herausfiltert und die guten, die wir zum Überleben brauchen, in der richtigen Menge freisetzt. Das ist ein wiederkehrendes Thema in vielen Science-Fiction-Filmen, darunter Aliens, Total Recall und Red Planet.

Ich hoffe, wir können unsere eigene Atmosphäre auf der Erde reparieren und das Fieber unseres Planeten reduzieren.