Die Mesosphäre: Das unbekannte Stockwerk unserer Atmosphäre
Wenn es um die Schichten unserer Atmosphäre geht, kennen viele Menschen die Troposphäre, in der sich das Wetter abspielt, und vielleicht noch die Stratosphäre mit der schützenden Ozonschicht. Kaum jemand spricht jedoch über die Mesosphäre, obwohl sie im Zentrum vieler natürlicher Prozesse steht, die unser Klima und sogar unsere Sicht auf den Sternenhimmel beeinflussen.
In diesem Artikel werfen wir einen detaillierten Blick auf die Mesosphäre: ihre Lage, ihre Eigenschaften, ihre rätselhaften Phänomene und die Herausforderungen, die ihre Erforschung mit sich bringt. Wer verstehen will, wie unsere Atmosphäre funktioniert, kommt an dieser ruhigen und kalten Zone nicht vorbei.
Inhaltsverzeichnis
Die Mesosphäre im Überblick
Was ist die Mesosphäre?
Die Mesosphäre ist die dritte Schicht der Erdatmosphäre, die sich direkt über der Stratosphäre und unter der Thermosphäre befindet. Sie beginnt in etwa 50 Kilometern Höhe und reicht bis etwa 85 Kilometer über die Erdoberfläche. In diesem Bereich nimmt die Temperatur mit zunehmender Höhe wieder ab – im Gegensatz zur Stratosphäre, in der sie zunimmt.
Trotz ihrer Nähe zur Erdoberfläche ist die Mesosphäre kaum erforscht. Für Flugzeuge und Wetterballons ist sie zu hoch, für die meisten Satelliten zu niedrig. Das macht sie so faszinierend – und wissenschaftlich herausfordernd.
Warum die Mesosphäre lange ein blinder Fleck war
Während die unteren Schichten der Atmosphäre mit Flugzeugen und Ballons erforscht werden können und Satelliten regelmäßig Daten aus der Thermosphäre liefern, bleibt die Mesosphäre schwer zugänglich.
Raketen liefern zwar punktuelle, aber keine kontinuierlichen Messdaten. Zudem müssen die Sensoren extremen Bedingungen standhalten – Temperaturen unter -90 °C und kaum vorhandener Luftdruck setzen der Technik zu. Die Folge: Viele Daten über die Mesosphäre beruhen auf indirekten Messungen und Simulationen.
Physikalische Eigenschaften
Die Mesosphäre unterscheidet sich in ihren physikalischen Eigenschaften grundlegend von den darunter und darüber liegenden Schichten der Atmosphäre. Ihre Struktur, Temperaturverhältnisse, Zusammensetzung und Dynamik bestimmen nicht nur das Verhalten dieser Schicht selbst, sondern beeinflussen auch Prozesse auf globaler Ebene. In diesem Abschnitt werfen wir einen genaueren Blick auf die Temperaturverteilung, die chemische Zusammensetzung, die Druckverhältnisse und die Bewegungsdynamik in der Mesosphäre.
Temperaturverlauf und Zusammensetzung
Die Mesosphäre ist die kälteste Region der Erdatmosphäre – was zunächst überrascht, denn sie liegt näher an der Sonne als die Troposphäre oder die Stratosphäre. Der Grund für die extreme Kälte liegt aber nicht in der Entfernung zur Sonne, sondern in der physikalischen Struktur der Luft: In dieser Höhe gibt es so wenige Moleküle, dass kaum Energie gespeichert werden kann.
Die Temperaturen nehmen mit zunehmender Höhe kontinuierlich ab und erreichen im oberen Bereich der Mesosphäre (ca. 80–85 km Höhe) ihren Tiefpunkt – teilweise unter -90 °C. Zum Vergleich: Selbst die Antarktis erreicht im Winter „nur“ etwa -60 °C. Dieser negative Temperaturverlauf unterscheidet die Mesosphäre von der darunter liegenden Stratosphäre, in der sich durch die Absorption von UV-Strahlung durch Ozon eine Inversionsschicht bildet, d. h. die Temperatur nimmt mit der Höhe zu.
Chemisch gesehen ähnelt die Mesosphäre den darunter liegenden Schichten: Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) dominieren nach wie vor, allerdings in viel geringerer Konzentration. Daneben finden sich Spuren anderer Gase wie Argon, Wasserstoff, Helium und Kohlendioxid (CO₂). Eine Besonderheit in dieser Höhe ist, dass unter dem Einfluss der kosmischen Strahlung sowie der energiereichen Sonnenstrahlung Moleküle dissoziieren – also in ihre Bestandteile zerfallen – oder sogar ionisiert werden. Dadurch entsteht eine schwache Ionisation, die sich in der darüber liegenden Thermosphäre noch verstärkt.
Von besonderem Interesse ist das Vorkommen von Ozon in Spuren. Obwohl der Schwerpunkt der Ozonschicht in der Stratosphäre liegt, spielt auch die Mesosphäre eine Rolle bei photochemischen Reaktionen. Diese Prozesse beeinflussen den Strahlungshaushalt und damit die Temperaturverteilung.
Luftdruck, Dichte und Dynamik
Mit zunehmender Höhe sinkt nicht nur die Temperatur, sondern auch der Luftdruck und die Luftdichte nehmen rapide ab. In der Mesosphäre beträgt der Luftdruck weniger als 1 % des Drucks auf Meereshöhe und die Luftdichte etwa ein Hunderttausendstel dessen, was wir am Boden gewohnt sind. Das bedeutet, dass die Luftmoleküle extrem weit voneinander entfernt sind und der Energieaustausch durch Zusammenstöße sehr ineffizient ist.
Trotz dieser geringen Dichte ist die Mesosphäre alles andere als statisch. Im Gegenteil: Hier laufen sehr dynamische Prozesse ab, die für den Energietransport in der Atmosphäre entscheidend sind. Eine zentrale Rolle spielen dabei die sogenannten atmosphärischen Schwerewellen, die aus der Troposphäre aufsteigen. Sie entstehen zum Beispiel, wenn Luftmassen über Gebirge strömen oder durch starke Konvektion in Gewitterzellen. In der Mesosphäre brechen diese Wellen wie Meereswellen am Strand und setzen dabei kinetische Energie frei. Dies hat einen direkten Einfluss auf Windmuster, Temperaturen und sogar die chemische Zusammensetzung.
Ein weiteres dynamisches Phänomen in dieser Höhe sind die Jetstreams. Sie sind zwar schwächer und weniger stabil als in der Stratosphäre, beeinflussen aber die horizontale Zirkulation der Atmosphäre und tragen zum globalen Austausch von Masse und Energie bei.
Hinzu kommen jahreszeitliche Schwankungen: Im Sommer sind die Temperaturen in der Mesosphäre paradoxerweise kälter als im Winter, was auf das komplexe Zusammenspiel von vertikaler Zirkulation, Sonnenstand und chemischen Prozessen zurückzuführen ist. Diese sogenannte „dynamische Abkühlung“ entsteht durch das verstärkte Aufsteigen von Luftmassen, die sich durch Ausdehnung abkühlen.
Ein weiterer interessanter Aspekt: Die Mesosphäre spielt eine wichtige Rolle bei der Rückführung von Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen, die in höheren Schichten gebildet werden und durch vertikale Bewegungen wieder in die unteren Schichten der Atmosphäre gelangen. Dieses Recycling chemischer Elemente trägt zur Stabilität des atmosphärischen Systems bei.
Obwohl die Mesosphäre nur einen kleinen Teil der Atmosphäre ausmacht, ist sie physikalisch sehr komplex. Ihre extreme Kälte, geringe Dichte, schwache Ionisation und dynamischen Prozesse machen sie zu einem Schlüsselbereich für das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den atmosphärischen Schichten. Gleichzeitig zeigen ihre Eigenschaften, wie schwierig es ist, direkte Daten zu sammeln – und wie groß der Forschungsbedarf noch ist.
Phänomene in der Mesosphäre
Obwohl die Mesosphäre dünn, kalt und schwer zugänglich ist, ist sie keineswegs leer oder ereignislos. Im Gegenteil, gerade in dieser Höhe spielen sich einige der faszinierendsten und visuell eindrucksvollsten Phänomene unserer Atmosphäre ab. Von verglühenden Meteoren über leuchtende Nachtwolken bis hin zu den unsichtbaren, aber entscheidenden Gravitationswellen: Die Mesosphäre ist Schauplatz von Prozessen, die unser Klima beeinflussen, Hinweise auf atmosphärische Veränderungen geben und manchmal sogar von der Erde aus sichtbar sind.
Leuchtende Nachtwolken (Noctilucent Clouds)
Leuchtende Nachtwolken – englisch Noctilucent Clouds (NLC) – gehören zu den spektakulärsten Himmelserscheinungen in der hohen Atmosphäre. Sie erscheinen als silbrig-bläuliche Schleier über dem Horizont und sind meist nur in den Sommermonaten in hohen Breiten zu sehen. Ihre Existenz beweist, dass auch in Höhen von über 80 Kilometern noch kondensierbare Teilchen vorhanden sind.
Diese Wolken bestehen aus winzigen Eiskristallen, die sich an Staubteilchen anlagern. Die Herkunft dieser Staubteilchen ist vielfältig: Einerseits stammen sie aus der unteren Atmosphäre, etwa durch Vulkanaktivität oder Industrieemissionen, andererseits auch von verglühenden Meteoren – eine direkte Verbindung zu einem weiteren mesosphärischen Phänomen.
Leuchtende Nachtwolken entstehen in der oberen Mesosphäre, wo es extrem kalt ist. Damit sie entstehen können, müssen die Temperaturen unter -120 °C fallen und es muss genügend Wasserdampf vorhanden sein. Beides ist bevorzugt im Sommer auf der sonnenabgewandten Hemisphäre der Fall – ein scheinbares Paradoxon, das sich durch die großräumige atmosphärische Zirkulation erklären lässt.
In den letzten Jahrzehnten wurden NLC häufiger und weiter südlich als früher beobachtet. Dies wird zunehmend als möglicher Indikator für Veränderungen in der oberen Atmosphäre angesehen – insbesondere für steigende Methankonzentrationen, die über Umwege zur Bildung von Wasserdampf in der Mesosphäre führen. Die wissenschaftliche Analyse dieser Wolken liefert also nicht nur faszinierende Bilder, sondern auch wertvolle Klimadaten.
Meteore und ihre Verpuffung
Ein weiteres auffälliges Phänomen in der Mesosphäre ist das Verglühen von Meteoren – ein Vorgang, den wir als Sternschnuppen beobachten. Täglich dringen Tausende von winzigen Gesteinspartikeln aus dem Weltraum in die Erdatmosphäre ein. Die meisten sind nicht größer als ein Sandkorn, einige erreichen einen Durchmesser von wenigen Zentimetern. Bei ihrem Eintritt in die Atmosphäre stoßen sie mit Geschwindigkeiten von 11 bis 72 km/s in der Mesosphäre erstmals auf nennenswerten Widerstand.
In etwa 70 bis 100 Kilometern Höhe – also im Übergangsbereich zwischen Mesosphäre und Thermosphäre – entsteht durch die Reibung mit den wenigen vorhandenen Gasmolekülen eine enorme Wärme. Diese Energie reicht aus, um die Teilchen innerhalb von Sekundenbruchteilen vollständig zu verdampfen. Dabei entsteht ein leuchtender Plasmaschweif, den wir als Meteor am Nachthimmel wahrnehmen.
Doch dieser Vorgang hinterlässt nicht nur optische Eindrücke: Die verdampften Teilchen reichern die obere Atmosphäre mit sogenanntem Meteorstaub an. Dieser ultrafeine Staub kann als Kondensationskern für Eiskristalle dienen – zum Beispiel bei der Bildung von Nebensonnenwolken. Außerdem beeinflussen die dabei freigesetzten Spurengase wie Eisen oder Natrium chemische Reaktionen in der Atmosphäre und können die Ionisation erhöhen. Diese metallischen Rückstände werden heute mit speziellen Lidar-Systemen und Radarstationen nachgewiesen.
Meteorphänomene sind nicht nur für Himmelsbeobachter spannend – sie liefern auch Hinweise auf Zusammensetzung, Herkunft und Verhalten extraterrestrischer Materie sowie auf Prozesse in der oberen Atmosphäre.
Atmosphärische Schwerewellen
Während leuchtende Nachtwolken und Meteore visuell auffallen, laufen andere Prozesse in der Mesosphäre unsichtbar, aber nicht weniger wichtig ab. Dazu gehören atmosphärische Schwerewellen – wellenförmige Bewegungen, die durch die Schwerkraft beeinflusst werden. Sie entstehen, wenn Luftmassen durch äußere Kräfte wie Wettersysteme, Gebirgsketten oder Konvektion gestört werden.
Solche Störungen breiten sich nach oben aus, da die Atmosphäre mit zunehmender Höhe immer dünner wird. In der Mesosphäre trifft die Welle auf Bedingungen, die ihre Ausbreitung zunehmend behindern. Die Welle „bricht“ schließlich – vergleichbar mit Meereswellen, die auf einen Strand treffen. Dabei wird Energie in Form von Wärme und Impuls freigesetzt, was sich direkt auf die lokale Wind- und Temperaturverteilung auswirkt.
Diese Prozesse sind entscheidend für das Gleichgewicht der oberen Atmosphäre. Schwerewellen regulieren den vertikalen Energietransport und tragen dazu bei, Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen geografischen Regionen auszugleichen. Ohne diesen Mechanismus käme es zu extremen Ungleichgewichten in der oberen Atmosphäre, die sich bis auf das Wettergeschehen in der Troposphäre auswirken könnten.
Darüber hinaus tragen Schwerewellen zur Aufrechterhaltung bestimmter großräumiger Strömungsmuster wie der mesosphärischen Umwälzzirkulation bei. Diese wiederum ist entscheidend für den Transport von Ozon, Wasserdampf und anderen Spurengasen zwischen verschiedenen Breiten.
Die Mesosphäre ist weit mehr als eine kalte, ruhige Zwischenschicht. Hier entstehen spektakuläre Lichtphänomene wie leuchtende Nachtwolken, hier verglühen Meteore und reichern die Atmosphäre mit Staub und Ionen an, hier breiten sich unsichtbare, aber mächtige Wellen aus, die das gesamte System Erde beeinflussen. Wer diese Phänomene verstehen will, muss nicht nur nach oben schauen, sondern auch die physikalischen Prozesse dahinter analysieren – denn sie liefern entscheidende Hinweise auf das Zusammenspiel von Atmosphäre, Klima und kosmischen Einflüssen.
Bedeutung für Forschung und Klima
Auf den ersten Blick wirkt die Mesosphäre wie eine entlegene Randzone der Atmosphäre – zu dünn, zu kalt, zu hoch. Doch gerade hier spielen sich Prozesse ab, die unser globales Klimasystem beeinflussen, als Frühwarnsystem für Veränderungen dienen und grundlegende Fragen zum Aufbau und zur Entwicklung unserer Atmosphäre aufwerfen. Die Mesosphäre ist ein sensibler Spiegel atmosphärischer Veränderungen – und gleichzeitig eine große wissenschaftliche Herausforderung. Welche Rolle sie im Klimasystem spielt, wie sie erforscht wird und ob der Mensch bereits Spuren hinterlässt, wird in diesem Kapitel dargestellt.
Rolle im globalen Klimasystem
Obwohl die Mesosphäre nur einen Bruchteil der Gesamtmasse der Atmosphäre ausmacht, spielt sie eine wichtige funktionelle Rolle. Ihre Lage zwischen Stratosphäre und Thermosphäre macht sie zu einer Art Pufferzone, in der Energie- und Impulsflüsse reguliert werden. Veränderungen in dieser Schicht wirken sich auf die beiden angrenzenden Schichten aus – und damit letztlich auch auf die Troposphäre, also die Wetter- und Klimazone, in der wir leben.
Ein zentraler Mechanismus ist der vertikale Energietransport durch atmosphärische Wellen. Diese transportieren Energie aus der Troposphäre nach oben und lösen sich in der Mesosphäre auf, wo sie zur Erwärmung beitragen – oder durch Konvektion auch zur Abkühlung. Dadurch wird ein Teil der ursprünglich durch Wetterprozesse erzeugten Energie in höhere Schichten „gepumpt“ und verteilt.
Gleichzeitig ist die Mesosphäre ein Frühindikator für Klimaänderungen. Untersuchungen zeigen, dass sie besonders empfindlich auf Veränderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre reagiert – zum Beispiel auf steigendes CO₂. Im Gegensatz zur Troposphäre, wo CO₂ zur Erwärmung beiträgt, sorgt es in der Mesosphäre für eine verstärkte Infrarotstrahlung in den Weltraum und damit für eine zusätzliche Abkühlung. Dieser Umkehreffekt macht die Mesosphäre zu einem wertvollen Beobachtungsfenster für Klimatrends, die in den bodennahen Schichten oft überlagert oder verzögert sichtbar werden.
Darüber hinaus beeinflusst die Mesosphäre den globalen Transport von Spurengasen wie Wasserdampf, Ozon und Stickoxiden. Diese chemischen Verbindungen durchlaufen in der Mesosphäre Umwandlungsprozesse, bevor sie in andere Schichten der Atmosphäre gelangen, was direkte Auswirkungen auf die Zusammensetzung der Stratosphäre und die Bildung der Ozonschicht haben kann.
Forschung: Wie untersucht man die Mesosphäre?
Die Erforschung der Mesosphäre gilt als eine der größten technischen Herausforderungen in der Atmosphärenforschung. Der Grund ist einfach: Die Mesosphäre liegt in einem Bereich, der mit klassischen Methoden nur schwer zugänglich ist. Wetterballons erreichen maximal eine Höhe von 35 Kilometern – also die untere Stratosphäre. Satelliten dagegen umkreisen die Erde meist in Höhen von 300 Kilometern und mehr, was direkte Messungen in der Mesosphäre unmöglich macht.
Dennoch gibt es eine Reihe von Strategien, um diesen Bereich zu erforschen:
1. Höhenforschungsraketen:
Diese sogenannten Sounding Rockets liefern präzise
Momentaufnahmen von Temperatur, Dichte, chemischer Zusammensetzung und elektrischen Eigenschaften. Sie steigen
direkt in die Mesosphäre auf, messen aber nur wenige Minuten. Sie sind daher nützlich, aber teuer und nicht
flächendeckend einsetzbar.
2. Lidar-Systeme (Light Detection and Ranging):
Beim Lidar wird die Rückstreuung von
Laserstrahlen in verschiedenen Höhen gemessen. Mit dieser Technik lassen sich Temperatur- und Dichteprofile in
der oberen Atmosphäre sehr genau bestimmen – und sie wird zunehmend an verschiedenen Standorten weltweit
eingesetzt. Sie eignet sich besonders für Langzeitstudien, da sie kontinuierlich messen kann.
3. Satellitendaten (indirekt):
Einige Satellitenmissionen wie SABER (Sounding of the
Atmosphere using Broadband Emission Radiometry) an Bord des NASA-Satelliten TIMED liefern indirekte Daten über
Temperatur, Zusammensetzung und Dynamik der Mesosphäre. Sie nutzen Infrarotstrahlung oder Beobachtungen im
UV-Bereich, um Rückschlüsse auf Prozesse in dieser schwer zugänglichen Zone zu ziehen.
4. Numerische Modelle und Simulationen:
Da die Messdaten begrenzt sind, spielen
computergestützte Atmosphärenmodelle eine zentrale Rolle. Sie simulieren physikalische und chemische Prozesse in
der Mesosphäre und helfen, Messergebnisse zu interpretieren und Wissenslücken zu schließen.
5. Radar- und Radiowellen-Experimente:
Radarstationen, die die
Rückstreuung von Teilchen messen, werden insbesondere zur Untersuchung von ionisierten Schichten – z. B.
durch Meteore oder elektrische Entladungen – eingesetzt. Meteor-Radarsysteme liefern zudem Informationen
über Windverteilungen und Wellenaktivität in der Mesosphäre.
All diese Methoden ergänzen sich – und zeigen: Forschung in dieser Schicht ist möglich, aber nur im Zusammenspiel verschiedener Messmethoden und theoretischer Modellierung wirklich effektiv.
Der Einfluss des Menschen: Gibt es den überhaupt?
Auf den ersten Blick scheint die Mesosphäre zu weit entfernt zu sein, um vom Menschen beeinflusst zu werden. Keine Industrie, kein Flugverkehr, keine direkten Emissionen. Doch die aktuelle Forschung legt nahe, dass auch diese entlegene Schicht der Atmosphäre bereits Spuren menschlichen Handelns trägt.
Ein wesentlicher Aspekt ist der indirekte Einfluss durch Treibhausgase. CO₂, Methan und Wasserdampf, die in tieferen Schichten der Atmosphäre freigesetzt werden, steigen allmählich auf. In der Mesosphäre wirkt insbesondere CO₂ durch verstärkte Infrarotstrahlung – es kühlt diese Schicht effektiv ab. Dieser Effekt ist durch Satellitendaten belegt: Seit den 1970er Jahren hat sich die Mesosphäre in bestimmten Höhen um mehrere Grad abgekühlt – ein deutlich messbares Signal.
Ein weiterer Faktor ist die zunehmende Zahl von Raketenstarts und Weltraumaktivitäten. Diese setzen große Mengen an Energie und Rückständen direkt in den oberen Atmosphärenschichten frei. Beim Wiedereintritt von Raumfahrzeugen oder bei suborbitalen Flügen können chemische Reaktionen ausgelöst werden, die sich auch auf die Mesosphäre auswirken – zum Beispiel durch den Eintrag von Aluminium, Chlorverbindungen oder Rußpartikeln.
Auch die zunehmende Veränderung des globalen Windsystems durch den Klimawandel hat Auswirkungen auf die Zirkulationsmuster in der Mesosphäre. Durch veränderte Druckverhältnisse am Boden können auch vertikale Strömungen beeinflusst werden – was wiederum Temperaturverteilungen und chemische Prozesse in der Mesosphäre verändert.
Zusammengefasst: Der Einfluss des Menschen auf die Mesosphäre ist subtil, aber messbar – und wird zunehmend zum Thema der Klimaforschung. Diese Region könnte sich als „Frühwarnsystem“ für anthropogene Veränderungen in der Atmosphäre erweisen.
Die Mesosphäre ist eine zentrale, oft unterschätzte Komponente des globalen Klimasystems. Ihre Abkühlung, ihre Rolle beim Energietransport und ihre Reaktion auf Änderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre machen sie zu einem entscheidenden Forschungsgebiet – gerade in Zeiten des Klimawandels. Gleichzeitig stellen sie die Forscherinnen und Forscher vor methodische Herausforderungen, die nur durch technologische Vielfalt und internationale Zusammenarbeit bewältigt werden können. Klar ist: Wer das Klima von morgen verstehen will, muss die Mesosphäre von heute genau im Blick haben.
Die Mesosphäre im Vergleich
Um die Besonderheiten der Mesosphäre besser zu verstehen, lohnt sich ein Vergleich – sowohl mit den benachbarten Schichten der Erdatmosphäre als auch mit ähnlichen Atmosphärenschichten anderer Planeten. Erst im Vergleich wird deutlich, welche Rolle die Mesosphäre im „Stockwerk“ Atmosphäre tatsächlich spielt und welche Gemeinsamkeiten oder Unterschiede es im Sonnensystem gibt. Dieser Abschnitt zeigt: Die Mesosphäre ist weder ein bloßer Lückenfüller noch eine isolierte Zone, sondern ein aktiver Mittler zwischen extrem unterschiedlichen Bedingungen.
Unterschiede zu Stratosphäre und Thermosphäre
Die Erdatmosphäre gliedert sich in mehrere Schichten, die jeweils unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen, insbesondere einen Temperaturverlauf mit der Höhe. Die Mesosphäre liegt zwischen zwei Schichten, die sich grundlegend voneinander unterscheiden: der darunter liegenden Stratosphäre und der darüber liegenden Thermosphäre.
Stratosphäre vs. Mesosphäre
Die Stratosphäre reicht von etwa 15 bis 50 km Höhe und ist durch eine Temperaturzunahme mit der Höhe gekennzeichnet. Diese Inversion wird durch das in dieser Schicht konzentrierte Ozon verursacht, das die UV-Strahlung absorbiert und in Wärme umwandelt. Dadurch ist die Stratosphäre relativ stabil geschichtet und weniger turbulent. Flugzeuge in großer Höhe bewegen sich oft am unteren Rand dieser Schicht, weil dort die Wettereinflüsse geringer sind.
Die Mesosphäre hingegen zeigt das Gegenteil: Hier nimmt die Temperatur mit der Höhe stark ab – ein klares Merkmal dieser Schicht. Es fehlt an Molekülen, die die Sonnenstrahlung effizient absorbieren könnten. Zudem nimmt der Luftdruck drastisch ab, was zu einer geringeren Energiedichte führt. Die Mesosphäre ist daher dynamischer, instabiler und durch vertikale Bewegungen und Schwerewellen gekennzeichnet. Sie ist auch der Ort, an dem Meteore in die Erdatmosphäre eintreten und verglühen – ein Phänomen, das in der Stratosphäre nicht auftritt.
Mesosphäre vs. Thermosphäre
Oberhalb der Mesosphäre beginnt in etwa 85 bis 90 Kilometern Höhe die Thermosphäre. Hier kehrt sich der Temperaturverlauf wieder um: Durch die Absorption von energiereicher Röntgen- und UV-Strahlung steigen die Temperaturen wieder stark an – theoretisch auf mehrere tausend Grad Celsius. Allerdings bedeutet „Temperatur“ in dieser Höhe etwas anderes: Die Teilchendichte ist so gering, dass sich diese Wärme kaum auf ein Objekt übertragen würde. Ein Mensch im Raumanzug würde in der Thermosphäre eher frieren als schwitzen.
In der Thermosphäre spielen sich viele Prozesse ab, die für die moderne Technik von zentraler Bedeutung sind – zum Beispiel das Nordlicht, die Reflexion von Radiowellen und das Verhalten von Satelliten. Die darunter liegende Mesosphäre wirkt dagegen wie ein „Filter“, der Energie- und Teilchenströme aus tieferen Regionen reguliert und teilweise abbaut, bevor sie in die Thermosphäre gelangen. Ohne die Mesosphäre als dämpfende Schicht würden viele dieser Prozesse ganz anders ablaufen – möglicherweise instabiler oder intensiver.
Zusammengefasst
Die Mesosphäre steht in scharfem Kontrast zu ihren Nachbarn: Sie ist kälter als jede andere Schicht der Atmosphäre, deutlich turbulenter als die stabile Stratosphäre und weniger ionisiert als die energiereiche Thermosphäre. Ihre Funktion als Übergangszone ist keineswegs passiv – sie ist ein aktiver Teil des energetischen „Stromnetzes“ der Atmosphäre.
Mesosphären anderer Planeten
Der Begriff „Mesosphäre“ ist nicht auf die Erde beschränkt – auch andere Planeten haben Atmosphärenschichten, die nach ähnlichen Kriterien eingeteilt werden. Dabei zeigen sich sowohl Gemeinsamkeiten als auch grundlegende Unterschiede, die viel über planetare Bedingungen verraten.
Mars: Eine dünne Mesosphäre mit vielen Ähnlichkeiten
Auf dem Mars lässt sich eine vergleichbare mittlere Atmosphärenschicht identifizieren – ebenfalls in einer Höhe von rund 60 bis 100 Kilometern. Die Mars-Mesosphäre zeigt ähnliche Dynamiken wie auf der Erde, etwa atmosphärische Wellen und Temperaturabfälle mit zunehmender Höhe. Auch hier verglühen kleine Meteoroiden in dieser Zone – allerdings unter anderen Bedingungen, da die gesamte Marsatmosphäre deutlich dünner ist.
Ein spannender Unterschied: Die Temperaturen in der marsianischen Mesosphäre können ebenfalls extrem niedrig werden – teilweise unter -140 °C. Auch hier zeigen sich Spuren von Wasserdampf und CO₂-Eiswolken, was Rückschlüsse auf den Transport von Feuchtigkeit und mögliche klimatische Zyklen zulässt. Forscher nutzen Beobachtungen dieser Schicht, um die Dynamik der gesamten Marsatmosphäre besser zu verstehen – etwa für künftige bemannte Missionen.
Venus: Eine heiße und dichte Herausforderung
Die Venus besitzt eine extrem dichte und heiße Atmosphäre, dominiert von Kohlendioxid und Schwefelsäurewolken. Dennoch wird auch hier von einer Mesosphäre gesprochen – sie befindet sich zwischen etwa 65 und 100 Kilometern Höhe. Dort kommt es zu interessanten Phänomenen wie Superrotation, bei denen sich die Atmosphäre deutlich schneller bewegt als der Planet selbst.
Anders als auf der Erde sind die Temperaturen in der venusianischen Mesosphäre nicht durch Sonnenstrahlung dominiert, sondern durch starke interne Prozesse wie Treibhausheizung und chemische Reaktionen. Diese Bedingungen erschweren direkte Messungen enorm. Dennoch liefern Venusmissionen wie Venus Express wichtige Daten über Temperaturprofile, Zirkulationsmuster und die komplexe Chemie dieser dichten Mesosphäre.
Jupiter und Saturn: Gasriesen mit extremen Bedingungen
Auch bei den Gasriesen Jupiter und Saturn gibt es Strukturen, die in Analogie zur Mesosphäre stehen. Aufgrund der fehlenden festen Oberfläche und ihrer gigantischen Ausdehnung ist die Schichtung hier jedoch weniger klar definiert. Dennoch lassen sich Zonen mit Temperaturabfall oberhalb der Stratosphäre identifizieren – also „mesosphärische“ Regionen. Diese sind stark geprägt durch Turbulenzen, Magnetfelder und tiefe Konvektionsströme.
Was uns andere Planeten lehren
Die vergleichende Planetenforschung zeigt: Die grundlegenden physikalischen Prinzipien gelten überall – Temperaturgradienten, Strahlungsbilanzen, Wellenphänomene. Doch je nach Zusammensetzung und Aufbau der Atmosphäre kann die Mesosphäre sehr unterschiedlich ausfallen. Der Vergleich hilft nicht nur, andere Planeten besser zu verstehen, sondern wirft auch neue Fragen auf: Warum zeigt sich die Mesosphäre auf der Erde so stabil? Welche Rolle spielen chemische Zusammensetzung, Magnetfelder oder Sonnenaktivität?
Im Vergleich mit anderen Atmosphärenschichten der Erde wird deutlich, wie einzigartig die Mesosphäre ist: eine kälteste Zone, ein Übergangsraum voller Dynamik. Vergleiche mit anderen Planeten zeigen wiederum, dass „Mesosphären“ universelle Phänomene sind – sie spiegeln die Vielfalt und Komplexität planetarer Atmosphären. Wer die Mesosphäre versteht, erkennt nicht nur mehr über die Erde, sondern auch über die Bedingungen auf unseren Nachbarplaneten.
Die Mesosphäre – Schlüsselzone zwischen Himmel und Erde
Die Mesosphäre ist ein faszinierender und oft vernachlässigter Teil unserer Atmosphäre. Ihre extremen Bedingungen, rätselhaften Phänomene und dynamischen Prozesse machen sie zu einem wichtigen Forschungsgebiet.
Obwohl sie kaum direkt zugänglich ist, spielt sie eine zentrale Rolle für den Energiehaushalt der Atmosphäre, für das Klima und sogar für die Beobachtung astronomischer Ereignisse. Wer das System Erde verstehen will, kommt an der Mesosphäre nicht vorbei – denn oft spielt sich das Entscheidende dazwischen ab.
FAQ – Häufig gestellte Fragen zur Mesosphäre
Was ist die Mesosphäre?
Die Mesosphäre ist die dritthöchste Schicht der Erdatmosphäre,
zwischen 50 und 85 km über dem Boden. Sie liegt über der Stratosphäre und unter der Thermosphäre.
Warum ist die Mesosphäre so kalt?
Weil sie kaum Moleküle enthält, die Sonnenenergie
absorbieren. Dadurch kann die Temperatur auf unter -90 °C sinken.
Wie erforscht man die Mesosphäre?
Durch Raketenflüge, Lidar-Systeme, indirekte
Satellitendaten und numerische Modelle – da sie für Flugzeuge und viele Satelliten unzugänglich ist.
Welche Phänomene treten in der Mesosphäre auf?
Leuchtende Nachtwolken, verglühende Meteore,
Schwerewellen und Ionisationseffekte sind typische Phänomene.
Hat der Klimawandel Auswirkungen auf die Mesosphäre?
Vermutlich ja – langfristige
Abkühlungstrends deuten darauf hin, dass Treibhausgase indirekt auch diese Schicht beeinflussen.