Heliosphärische Astroteilchenphysik

Wechselwirkungen der kosmischen Strahlung mit der Atmosphäre

Abbildung 1: Der Weg der kosmischen Strahlung in der Atmosphäre
Abbildung 1: Der Weg der kosmischen Strahlung in der Atmosphäre [Orignalgröße]

Ozonloch und Klimaschwankungen

Teilchen in der Atmosphäre

Der Mensch ist ständig radioaktiver Strahlung ausgesetzt. Dringt sie in das Gewebe ein, hinterlässt sie eine Spur von ionisierten Atomen oder Molekülen, die zu Schädigungen führen. Zu den natürlichen Strahlungsquellen gehören die terrestrische und kosmische Strahlung. Unsere Atmosphäre wirkt zum einen als Schutzschild, zum anderen aber auch als Verstärker der kosmischen Strahlung. Die aus dem Weltraum kommende Primärstrahlung - es handelt sich dabei vor allem um energiereiche Protonen - werden in den äußeren Schichten der Atmosphäre abgebremst. Dabei entstehen Unmengen von Teilchen, die zuvor gar nicht existiert haben. Zum Teil wird diese so genannte Sekundärstrahlung in den unteren Schichten der Atmosphäre absorbiert, zum Teil erreicht sie aber auch die Erdoberfläche.

Ozonabbau durch kosmische Strahlung

Bis zum Jahr 2003 wurden viele natürliche Mechanismen entdeckt, die Ozon in allen Höhen nachhaltig zerstören. Neben der UV-Strahlung und den Flur-Chlor-Kohlenwasserstoffen ist die Einwirkung hochenergetischer solarer und kosmischer Partikelstrahlung auf die atmosphärischen Gase heute als effektive Ursache der Veränderung der Ozonkonzentration erkannt.
Treffen geladene energiereiche Teilchen auf die Atmosphäre, so geben sie ihre Energie an die Atmosphäre ab. Die abgegebene Energie führt häufig zur Ionisation der atmosphärischen Bestandteile. Die Ionen greifen in die Chemie der Atmosphäre ein und erzeugen NOx und HOx. Diese Stoffe führen dann zu katalytischer Ozonzerstörung. Die Einstrahlung der kosmischen Strahlung korreliert mit der Variation der Ozonkonzentration. 2001 stellte man fest, dass die starke Einwirkung der kosmischen Partikel-Strahlung auf die Chlorteilchen in den Wolken die Ursache für die Radikalbildung ist. Ergebnisse der Arbeitsgruppe sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abbildung 2: Ionen in der Atmosphäre
Abbildung 2: Ionen in der Atmosphäre

Die Abbildung 2 zeigt die von 1989 bis 2001 berechnete Anzahl von Ionen, die in einer bestimmten Höhe entstehen. Dabei bedeutet die rote Farbe eine hohe und die blaue eine niedrige Zahl. Mit Hilfe dieser Information wird in einem Atmosphärenmodell die Produktion von NOx und HOx (links) und der Abbau von Ozon zum Beispiel in der Antarktis (rechts) berechnet.

Klimaeinflüsse

Abbildung 3: Schema der Klimaeinflüsse
Abbildung 3: Schema der Klimaeinflüsse

Das Klima auf der Erde wird durch viele verschiedene Faktoren beeinflusst, die in verschiedenen großen und kleinen, sichtbaren und unsichtbaren Kreisläufen voneinander abhängen. Bisherige Klimamodelle betrachteten oft kleine Zyklen, ohne größere zu berücksichtigen.