De lucht valt niet, maar wetenschappers hebben ontdekt dat delen van de bovenste atmosfeer geleidelijk krimpen als reactie op de toenemende door de mens veroorzaakte uitstoot van broeikasgassen.

Gecombineerde gegevens van drie NASA-satellieten hebben een langetermijnrecord opgeleverd dat de mesosfeer onthult, de laag van de atmosfeer 30 tot 50 mijl boven het oppervlak, koelt en krimpt. Wetenschappers hebben dit effect van door de mens veroorzaakte klimaatverandering al lang voorspeld, maar het was moeilijk om de trends in de tijd waar te nemen.

"Je hebt tientallen jaren nodig om grip te krijgen op deze trends en te isoleren wat er gebeurt als gevolg van de uitstoot van broeikasgassen. zonnecyclus verandert, en andere effecten, " zei Scott Bailey, een atmosferische wetenschapper bij Virginia Tech in Blacksburg, en leider van de studie, gepubliceerd in het Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. "We moesten drie satellieten aan gegevens verzamelen."

Samen, de satellieten leverden ongeveer 30 jaar aan waarnemingen, wat aangeeft dat de zomermesosfeer boven de polen van de aarde vier tot vijf graden Fahrenheit afkoelt en 500 tot 650 voet per decennium samentrekt. Zonder veranderingen in de uitstoot van kooldioxide door de mens, de onderzoekers verwachten dat deze tarieven aanhouden.

Omdat de mesosfeer veel dunner is dan het deel van de atmosfeer waarin we leven, de gevolgen van toenemende broeikasgassen, zoals koolstofdioxide, verschillen van de opwarming die we aan de oppervlakte ervaren. Een onderzoeker vergeleek waar we wonen, de troposfeer, tot een dikke quilt.

"Beneden in de buurt van het aardoppervlak, de atmosfeer is dik, " zei James Russel, een studie co-auteur en atmosferische wetenschapper aan de Hampton University in Virginia. "Kooldioxide houdt warmte vast, net zoals een dekbed je lichaamswarmte vasthoudt en je warm houdt." In de lagere atmosfeer, er zijn veel moleculen dicht bij elkaar, en ze vangen en dragen gemakkelijk de warmte van de aarde tussen elkaar, behoud van die quilt-achtige warmte.

Dat betekent dat weinig van de warmte van de aarde het hogere bereikt, dunnere mesosfeer. Daar, moleculen zijn schaars. Omdat koolstofdioxide ook efficiënt warmte afgeeft, alle warmte die door koolstofdioxide wordt opgevangen, ontsnapt eerder naar de ruimte dan dat het een ander molecuul vindt om het te absorberen. Als resultaat, een toename van broeikasgassen zoals koolstofdioxide betekent dat er meer warmte verloren gaat aan de ruimte - en de bovenste atmosfeer koelt af. Als de lucht afkoelt, het contracteert, net zoals een ballon krimpt als je hem in de vriezer legt.

Deze afkoeling en krimp kwam niet als een verrassing. Voor jaren, "modellen hebben dit effect laten zien, " zei Brentha Thurairajah, een atmosferische wetenschapper van Virginia Tech die heeft bijgedragen aan het onderzoek. "Het zou vreemder zijn geweest als onze analyse van de gegevens dit niet zou aantonen."

Hoewel eerdere studies deze afkoeling hebben waargenomen, niemand heeft een gegevensrecord van deze lengte gebruikt of de bovenste atmosfeer samengetrokken. De onderzoekers zeggen dat deze nieuwe resultaten hun vertrouwen vergroten in ons vermogen om de gecompliceerde veranderingen in de bovenste atmosfeer te modelleren.

Het team analyseerde hoe temperatuur en druk in 29 jaar veranderden, met behulp van alle drie de datasets, die de zomerhemel van de Noord- en Zuidpool bedekte. Ze onderzochten het stuk lucht 30 tot 60 mijl boven het oppervlak. Op de meeste hoogtes, de mesosfeer koelde af naarmate koolstofdioxide toenam. Dat effect betekende dat de hoogte van een bepaalde atmosferische druk daalde naarmate de lucht afkoelde. Met andere woorden, de mesosfeer trok samen.

De middelste atmosfeer van de aarde

Hoewel wat er in de mesosfeer gebeurt, heeft dat geen directe invloed op de mens, de regio is een belangrijke. De bovengrens van de mesosfeer, ongeveer 50 mijl boven de aarde, is waar de koelste atmosferische temperaturen worden gevonden. Het is ook waar de neutrale atmosfeer begint over te gaan naar de ijle, elektrisch geladen gassen van de ionosfeer.

Nog hoger, 150 mijl boven het oppervlak, atmosferische gassen veroorzaken satellietweerstand, de wrijving die satellieten uit hun baan trekt. Satellietslepen helpt ook bij het opruimen van ruimteafval. Wanneer de mesosfeer samentrekt, de rest van de bovenste atmosfeer erboven zinkt mee. Terwijl de atmosfeer samentrekt, satellietweerstand kan afnemen - minder interferentie met werkende satellieten, maar laat ook meer ruimteafval achter in een lage baan om de aarde.

De mesosfeer staat ook bekend om zijn schitterende blauwe ijswolken. Ze worden nachtlichtende of polaire mesosferische wolken genoemd, zo genoemd omdat ze in de mesosfeer leven en de neiging hebben om rond de Noord- en Zuidpool te kruipen. De wolken vormen zich in de zomer, wanneer de mesosfeer alle drie de ingrediënten heeft om de wolken te produceren:waterdamp, zeer koude temperaturen, en stof van meteoren die in dit deel van de atmosfeer opbranden. Op 20 mei werden nachtlichtende wolken waargenomen boven het noorden van Canada. het begin van het nachtelijke wolkenseizoen op het noordelijk halfrond.

Omdat de wolken gevoelig zijn voor temperatuur en waterdamp, ze zijn een nuttig signaal van verandering in de mesosfeer. "We begrijpen de fysica van deze wolken, " zei Bailey. In de afgelopen decennia, de wolken hebben de aandacht van wetenschappers getrokken omdat ze zich vreemd gedragen. Ze worden helderder, verder van de polen afdrijvend, en verschijnt eerder dan normaal. En, het lijken er meer te zijn dan in de afgelopen jaren.

"De enige manier waarop je zou verwachten dat ze op deze manier veranderen, is als de temperatuur kouder wordt en de waterdamp toeneemt, " zei Russell. Koudere temperaturen en overvloedige waterdamp zijn beide verbonden met klimaatverandering in de bovenste atmosfeer.

Momenteel, Russell fungeert als hoofdonderzoeker voor AIM, afkorting voor Aeronomy of Ice in the Mesosphere, de nieuwste satelliet van de drie die gegevens hebben bijgedragen aan het onderzoek. Russell heeft als leider gediend bij alle drie de NASA-missies:AIM, het instrument SABRE op TIMED (Thermosfeer, ionosfeer, Mesosfeer Energetica en Dynamica), en het instrument HALOE op de sinds gepensioneerde UARS (Upper Atmospherics Research Satellite).

TIMED en AIM gelanceerd in 2001 en 2007, respectievelijk, en beide werken nog steeds. De UARS-missie liep van 1991 tot 2005. "Ik had altijd in mijn gedachten dat we ze zouden kunnen samenbrengen in een langetermijnveranderingsonderzoek, " zei Russell. De studie, hij zei, toont het belang aan van langdurige, ruimteobservaties over de hele wereld.

In de toekomst, de onderzoekers verwachten meer opvallende vertoningen van nachtelijke wolken die verder van de polen afdwalen. Omdat deze analyse zich richtte op de polen in de zomer, Bailey zei dat hij van plan is deze effecten over langere tijdsperioden te onderzoeken en - in navolging van de wolken - een groter deel van de atmosfeer te bestuderen.