Fällt ein Regentropfen vom Himmel, setzt sich ihm die umgebende Luft entgegen. Durch diesen Luftwiderstand treten Reibungskräfte auf, die der Atmosphäre kinetische Energie entziehen. Und zwar einen wesentlichen Anteil des gesamten Energiebudgets, schätzen zwei Forscher nun anhand von Satellitendaten.

Olivier Pauluis von der New York University in New York City und Juliana Dias vom Earth System Research Laboratory der NOAA in Boulder werteten Radardaten aus, die auf die Geschwindigkeit des Niederschlags relativ zur umgebenden Luft schließen lassen. Während die Schwerkraft die Tropfen oder Eiskristalle nach unten zieht, bremst der Luftwiderstand sie ab, wobei kinetische Energie der Atmosphäre in Wärme umgewandelt wird. Anhand der Endfallgeschwindigkeiten der Tropfen – hier sind die beiden entgegengesetzt wirkenden Kräfte im Gleichgewicht – sowie der Niederschlagsrate schätzten Pauluis und Dias nun die Verlustrate in der Atmosphäre ab: Zwischen 30 Grad südlicher und 30 Grad nördlicher Breite, also den beiden Wendekreisen, wird demnach kinetische Energie mit einer durchschnittlichen Rate von 1,8 Watt pro Quadratmeter umgewandelt. Dieser Wert stimme auch mit theoretischen Abschätzungen überein.

Damit liege der Verlust in den Tropen in der gleichen Größenordnung wie derjenige durch atmosphärische Turbulenzen, berichten die beiden Wissenschaftler. Hierbei wird die kinetische Energie der Atmosphäre auf immer kleinere Skalen übertragen, bis sie schließlich in der molekularen Diffusion, also in der Wärmebewegung der einzelnen Moleküle, gewissermaßen verloren geht. Der große Beitrag der niederschlagsinduzierten Reibung ist beachtlich, wenn man die geringe Gesamtmasse dieser Teilchen bedenkt: Wasserdampf macht nur rund ein Prozent der Masse der Atmosphäre aus, die Konzentration von flüssigem und gefrorenem Wasser liegt noch Größenordnungen darunter.

Die fehlende Bewegungsenergie dürfte sich auch auf die atmosphärische Zirkulation auswirken, meinen die beiden Forscher. Das sei insbesondere im Hinblick auf den Klimawandel interessant, denn auf Grund der globalen Erwärmung steige voraussichtlich auch die Menge der Niederschläge und damit der einhergehende Verlust an kinetischer Energie an. Ob dieser Mechanismus die Luftströmungen in der Atmosphäre aber tatsächlich schwächt, müssen zukünftige Studien erst noch zeigen. Denn umgekehrt sorgt die verstärkte Kondensation dafür, dass der Atmosphäre mit dem Wasserdampf mehr Wärmeenergie zugeführt wird: Das System könnte also ebenso gut im Gleichgewicht bleiben.