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Die kälteste Temperaturaufzeichnung der Erde verstehen

Die kälteste jemals zuverlässig gemessene Temperatur auf der Erde ereignete sich am 21. Juli 1983 in der Vostok Station in der Antarktis, als die Temperatur auf -89,2°C (-128,6°F) fiel. Diese russische Forschungsstation, 1957 von der Sowjetunion gegründet, liegt am Südpol der Kälte, was sie zu einer der extremsten Umgebungen auf unserem Planeten macht. Zum Vergleich: Diese Temperatur ist 10,7°C (19,3°F) kälter als sublimierendes Trockeneis bei Meeresspiegeldruck, was zeigt, wie außergewöhnlich kalte Bedingungen im Inneren der Antarktis werden können.

Die Vostok Station ist eine russische Forschungsstation im Inland von Princess Elizabeth Land, Antarktis, etwa 1.301 Kilometer vom geographischen Südpol entfernt, in der Mitte des ostantarktischen Eisschilds. Dieser abgelegene Ort ist zum Synonym für extreme Kälte geworden und repräsentiert die Grenzen der natürlich vorkommenden Temperaturen auf der Erdoberfläche. Die Rekordmessung steht seit mehr als vier Jahrzehnten und dient als Maßstab für das Verständnis der Klimaextreme des Planeten.

Das historische Rekord-Ereignis

Die genaue Messung

Die niedrigste zuverlässig gemessene Temperatur auf der Erde von -89,2 °C (-128,6 °F) wurde am 21. Juli 1983 um 05:45 Uhr Moskauer Zeit, die für Vostoks Zeitzone 07:45 Uhr und 01:45 Uhr UTC betrug, in Vostok aufgezeichnet. Die tatsächlich gemeldete Temperatur betrug -89,2 °C, wie im Logbuch der monatlichen Zusammenfassungen gezeigt wird, das im Januar 1991 im Wetterbüro von Vostok fotografiert wurde. Diese sorgfältige Dokumentation gewährleistet die Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieser außergewöhnlichen Messung.

Diese Temperatur war 54 Grad kälter als der Winterdurchschnitt in Vostok und stellt die kälteste Temperatur dar, die jemals auf der Erde aufgezeichnet wurde. Die Rekordtieftemperatur wurde nach einer nahezu linearen Abkühlung von über 30 K über einen Zeitraum von 10 Tagen gemessen, von fast mittleren Julitemperaturen, was zeigt, dass dies nicht nur ein typischer Wintertag war, sondern eher eine außergewöhnliche Konvergenz der atmosphärischen Bedingungen.

Wie der Rekord bestätigt wurde

Diese Aufzeichnung wurde vom Arktischen und Antarktischen Forschungsinstitut in Leningrad (St. Petersburg), Russland, bestätigt. Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat diese Messung gründlich validiert und damit zur offiziellen Aufzeichnung der niedrigsten natürlich vorkommenden Temperatur gemacht, die jemals direkt auf der Erdoberfläche gemessen wurde. Der Bestätigungsprozess umfasste eine sorgfältige Analyse der meteorologischen Instrumente, Beobachtungsprotokolle und atmosphärischen Bedingungen, die während des Ereignisses vorhanden waren.

Interessanterweise gaben einige Quellen diese Temperatur zunächst als -89,4 ° C an, aber der Fehler war wahrscheinlich das Ergebnis einer Umwandlung von Celsius in Fahrenheit und einer Rundung auf -129 ° F, dann einer Rückumwandlung in Celsius. Dies unterstreicht die Bedeutung der Aufrechterhaltung genauer Aufzeichnungen und die Herausforderungen der Einheitenumwandlungen in wissenschaftlichen Messungen.

Warum Vostok Station erlebt so extreme Kälte

Geographische und topographische Faktoren

Die Vostok Station befindet sich auf einer Höhe von 3.488 Metern (11.444 ft) und liegt damit hoch auf dem ostantarktischen Eisschild. Wenn man in die Höhe steigt, sinkt die Lufttemperatur für 1 km um 6,5°C, und da die durchschnittliche Höhe der Antarktis 2,3 km beträgt, ist die Luft im Vergleich zum Arktischen Ozean, der sich auf Meereshöhe befindet, viel kälter. Dieser Höhenfaktor ist einer der Hauptgründe, warum die Antarktis deutlich kälter ist als die Arktisregion.

Die Station Vostok liegt weit entfernt vom mäßigenden Einfluss der Ozeane (mehr als 1.000 km von der nächsten Meeresküste entfernt) und ist hoch, was zu fast drei Monaten ziviler Polarnacht jedes Jahr (Anfang Mai bis Ende Juli) führt. Die Antarktis ist eine riesige Landmasse, die nur sehr wenig Wärme aus dem Ozean erhält, während die eisige Abdeckung der Arktis relativ dünn ist und einen ganzen Ozean darunter hat. Dieser grundlegende geografische Unterschied erklärt, warum die Antarktis den Rekord für die kältesten Temperaturen der Erde hält.

Atmosphärische Bedingungen

Die Vostok Station hat ein Eiskappenklima mit jährlichen Niederschlägen von nur 22 Millimetern (0,87 Zoll), die alle als Schnee auftreten, was sie zu einem der trockensten Orte der Erde macht. Die Luft in der Antarktis ist auch sehr trocken, und die niedrigen Temperaturen führen zu einer sehr niedrigen absoluten Luftfeuchtigkeit, was bedeutet, dass trockene Haut und rissige Lippen ein ständiges Problem für Wissenschaftler und Expeditionsschiffe sind, die auf dem Kontinent arbeiten.

Aufgrund des hohen Reflexionsvermögens (Albedo) von Schnee und Eis werden bis zu 85 % der Sonneneinstrahlung reflektiert, wodurch die Absorption der Sonnenstrahlung am Boden begrenzt wird und die Erwärmung, die während der Sommermonate auftreten kann, begrenzt wird. Dieser Albedo-Effekt erzeugt einen sich selbst verstärkenden Zyklus, in dem die weiße Oberfläche das Sonnenlicht reflektiert, wodurch die Erwärmung verhindert und die extremen Kältebedingungen aufrechterhalten werden.

Das Phänomen der Polarnacht

Eine Polarnacht dauert in Vostok etwa 120 Tage, von Ende April bis Mitte August, einschließlich 85 ununterbrochener Tage der zivilen Polarnacht, ein Phänomen, das in den nördlichsten und südlichsten Regionen der Erde auftritt, wenn die Sonne mehr als 24 Stunden unter dem Horizont bleibt, und dies nur innerhalb der Polarkreise.

Die kälteste Periode auf dem Polarplateau im Inland tritt typischerweise Ende August auf, kurz bevor die Sonne nach der langen Polarnacht zurückkehrt. Während dieser ausgedehnten Dunkelheit übersteigt die ausgehende terrestrische Strahlung die absorbierte einfallende Sonnenstrahlung erheblich, was zu einer starken Oberflächenkühlung führt und zu den charakteristischen antarktischen Temperaturinversionen führt, bei denen die Temperatur von der Oberfläche aufwärts auf etwa 1.000 Fuß über der Oberfläche ansteigt.

Die fünf kritischen Bedingungen hinter dem Rekord von 1983

Wissenschaftler haben detaillierte Analysen durchgeführt, um genau zu verstehen, warum die Temperatur an diesem Julitag 1983 so dramatisch gesunken ist. Das Ereignis ereignete sich aufgrund von fünf spezifischen Bedingungen: (1) die Temperatur im Kern des mitteltroposphärischen Wirbels war fast auf Rekordtiefe; (2) das Zentrum des Wirbels bewegte sich in der Nähe der Station; (3) ein fast kreisförmiges Strömungsregime bestand eine Woche lang um die Station herum, was zu sehr wenig Warmluft-Advektion aus niedrigeren Breiten führte; (4) Oberflächenwindgeschwindigkeiten waren für den Ort niedrig; und (5) wurde keine Wolke oder Diamantstaub über der Station für eine Woche berichtet, was den Verlust von Wärme in den Weltraum durch die Emission von langwelliger Strahlung förderte.

Extreme Kälte resultierte aus dem Fehlen von Sonneneinstrahlung, klarem Himmel, wenig vertikaler Vermischung, ruhiger Luft für lange Zeit und der hohen Höhe der Station. Jeder dieser Faktoren trägt einzeln zu kalten Temperaturen bei, aber ihr gleichzeitiges Auftreten schuf die perfekten Bedingungen für die Rekordmessung. Die Konvergenz aller fünf Bedingungen ist relativ selten, was erklärt, warum solche extremen Temperaturen nicht jeden Winter beobachtet werden, auch nicht in Vostok.

Die Forscher fanden heraus, dass die relativ warme Luft, die normalerweise über den Südpolarmeer zum antarktischen Plateau fließt, während dieser Zeit fast zum Stillstand kam und der Kaltluftstrom um Vostok herum die Vermischung von wärmerer Luft aus niedrigeren Breiten verhinderte, wodurch das Stationsgebiet vom warmen Luftstrom isoliert wurde und nahezu optimale Abkühlungsbedingungen verursacht wurden. Diese atmosphärische Isolation war entscheidend für das Erreichen der Rekordtieftemperatur.

Noch kältere Temperaturen: Satellitenentdeckungen

Oberflächentemperaturmessungen aus dem Weltraum

Während Vostok den Rekord für direkte Lufttemperaturmessungen hält, haben Satellitenbeobachtungen noch kältere Oberflächentemperaturen in der Antarktis entdeckt. Am 10. August 2010 zeigten Satellitenbeobachtungen eine Oberflächentemperatur von -92 °C (-134 °F; 181 K) bei 81 °48'S 59 °18'E, entlang eines Kamms zwischen Dome Argus und Dome Fuji, auf 3.900 m Höhe (12.800 ft), und das Ergebnis wurde auf der 46. Jahrestagung der American Geophysical Union in San Francisco, Kalifornien, im Dezember 2013 berichtet.

Die niedrigste aufgezeichnete Temperatur eines Ortes auf der Erdoberfläche bei 81°48′S 63°30′E wurde 2018 an fast 100 Orten mit neuen Daten überarbeitet, von -93,2 °C (-135,8 °F) bis -98 °C (-144,4 °F). Etwa minus 144 °F ist laut jüngsten Satellitenmessungen der kälteste bekannte Ort auf dem Planeten, aufgezeichnet auf dem Eisschild tief in der Mitte der Antarktis während des langen, dunklen polaren Winters, und das Team glaubt, dass dies ungefähr so kalt ist, wie es in unserer Ecke des Sonnensystems möglich ist.

Warum diese keine offiziellen Aufzeichnungen sind

Der Wert wird nicht als die niedrigste Temperatur der Aufzeichnung aufgeführt, da er durch Fernerkundung von Satelliten und nicht durch bodengestützte Thermometer gemessen wurde, im Gegensatz zu den 1983er-Datensätzen, und die angekündigte Temperatur spiegelt die der Eisoberfläche wider, während die Vostok-Messwerte die Luft über dem Eis gemessen haben, so dass die beiden Messungen nicht direkt vergleichbar sind.

Die Luft erwärmt sich um ein paar Grad direkt über der Oberfläche, und durch den Vergleich der Satellitenmessungen mit Daten der nächsten Wetterstationen fanden die Forscher heraus, dass die Lufttemperaturen in dieser Region in der Nähe von Menschenkopfhöhe etwas wärmer wären, etwa minus 137°F, aber direkt an der Oberfläche, wo Ihre Füße den Schnee berühren würden, sahen sie Temperaturen von minus 144°F. Dieser Temperaturgradient in der Nähe der Oberfläche ist eine wichtige Überlegung beim Vergleich verschiedener Messmethoden.

Potenzial für noch niedrigere Temperaturen

Wissenschaftler schätzen, dass bei längerer Isolation die Oberflächentemperatur in Vostok auf etwa -96 °C sinken könnte. Der höhere Standort des Dome Argus ist typischerweise 5-6 K kälter als Vostok und hat somit das Potenzial, eine noch niedrigere Temperatur aufzuzeichnen. Professor Turner schlug vor, dass die Temperaturen so niedrig wie -95°C fallen könnten, wenn lokal flache Bereiche höher auf dem Kamm wären.

Diese Vorhersagen deuten darauf hin, dass die kältesten natürlich vorkommenden Temperaturen der Erde noch nicht beobachtet wurden und dass unter den richtigen Bedingungen sogar noch extremere Kälte im Inneren der Antarktis aufgezeichnet werden könnte, aber solche Bedingungen würden eine noch längere Periode der atmosphärischen Isolation und des klaren Himmels erfordern als 1983.

Leben und Forschung am Standort Vostok

Stationsgeschichte und -betrieb

Die Station Vostok wurde am 16. Dezember 1957 während des Internationalen Geophysikalischen Jahres von der 2. sowjetischen Antarktisexpedition gegründet und wurde das ganze Jahr über für mehr als 72 Jahre betrieben, obwohl die Station von Januar 1962 bis Januar 1963, von Februar bis November 1994 und im Winter 2003 vorübergehend geschlossen wurde.

In den Sommermonaten sind in Vostok gewöhnlich etwa 25 Menschen stationiert, während deren Durchschnittstemperatur -30 Grad Celsius beträgt und die als "Sommer" eingestuft wird, während nur 13 Menschen im Winter stationiert sind und Luft mit minimaler Luftfeuchtigkeit oder Sauerstoffgehalt, starkem Wind, Stromausfällen und etwa vier Monaten nur Nachtzeit ausgesetzt sind. Die Herausforderungen des Lebens und Arbeitens in Vostok gehen weit über die extreme Kälte hinaus.

Temperaturextreme während des ganzen Jahres

Die Durchschnittstemperatur der kalten Jahreszeit (von April bis September) beträgt etwa -66 ° C (-87 ° F), während die Durchschnittstemperatur der warmen Jahreszeit (von Oktober bis März) etwa -44 ° C (-47 ° F) beträgt. Die wärmste aufgezeichnete Temperatur in Vostok ist -14,0 ° C (6,8 ° F), die am 5. Januar 1974 auftrat, und der kälteste Monat war August 1987 mit einer mittleren Temperatur von -75,4 ° C (- 103,7 ° F) und der wärmste Monat war Dezember 1989 mit einer mittleren Temperatur von -28 ° C (-18 ° F).

Obwohl unbestätigt, wurde berichtet, dass Vostok am 28. Juli 1997 eine Temperatur von -91 °C (- 132 °F) erreichte, was noch kälter wäre als der Rekord von 1983.

Wissenschaftliche Forschung

Die Forschung in Vostok umfasst Eisbohren und Magnetometrie. Unter der Leitung von Professor Boris Kudryashov wurden alte Eisbohrkernproben gewonnen, und das Bohrkomplexgebäude wurde nach einem Vorschlag Russlands an die Beratende Versammlung des Antarktis-Vertrags als Historische Stätte oder Denkmal (HSM 88) bezeichnet. Diese Eisbohrkerne liefern wertvolle Informationen über die Klimageschichte der Erde, die sich über Hunderttausende von Jahren erstreckt.

Die Station liegt über dem Vostok-See, einem der größten subglazialen Seen der Antarktis. Der Vostok-See liegt etwa 4.000 Meter (13.000 ft) unter der Oberfläche des zentralen antarktischen Eisschilds und erstreckt sich über eine Fläche von 14.000 Quadratkilometern (5.400 Quadratmeilen). Dieser versteckte See ist zu einem Thema von intensivem wissenschaftlichen Interesse geworden, da er ein einzigartiges mikrobielles Leben beherbergen kann, das seit Millionen von Jahren von der Oberfläche isoliert ist.

Antarktis: Der kälteste Kontinent

Warum die Antarktis kälter ist als die Arktis

Der Grund für den großen klimatischen Unterschied zwischen der Arktis und der Antarktis liegt in erster Linie in ihrer umgekehrten Verteilung von Land und Meer: Die Arktis ist ein von Land umgebener Ozean, während die Antarktis ein von Ozean umgebener Kontinent ist und der Arktische Ozean, eine klimaverbessernde Wärmequelle, hat kein Gegenstück am Südpol, dessen große Höhe und ewig reflektierende Schneedecke stattdessen sein polares Klima intensivieren.

An der Südpolstation ist die durchschnittliche monatliche Sommertemperatur -18 ° F und die durchschnittliche Wintermonatstemperatur -76 ° F, die viel kälter sind als die Temperaturen des Nordpols, die im Sommer -40 ° F im Winter und 32 ° F - direkt an der Schwelle zum Schmelzen - durchschnittlich sind. Im Vergleich dazu ist der Südpol aufgrund seiner niedrigeren Höhe durchschnittlich 5 bis 10 ° C (9 bis 18 ° F) wärmer als Vostok und die niedrigste Temperatur, die jemals am Südpol aufgezeichnet wurde, ist -82,8 ° C (-117 ° F).

Einzigartige Klimamerkmale der Antarktis

Das Klima der Antarktis ist das kälteste der Erde, und der Kontinent ist auch extrem trocken (es ist eine Wüste), mit durchschnittlich 166 mm Niederschlag pro Jahr. Das Innere der Antarktis erhält so wenig Niederschlag, dass es zu den trockensten Wüsten der Welt zählt, und das US-Antarktikprogramm berichtet, dass die Antarktis kontinentweit durchschnittlich etwa 2 Zoll Niederschlag pro Jahr erhält.

Fast die gesamte Antarktis ist von einer Eisdecke bedeckt, die im Durchschnitt mindestens 1.500 m dick ist, und die Antarktis enthält 90% des weltweiten Eises und mehr als 70% seines Süßwassers. Dank des dicken Eises liegt die antarktische Höhe im Durchschnitt bei mehr als 6.000 Fuß (mehr als eine Meile über dem Meeresspiegel), und die höchsten Teile der Eisdecke, nahe dem Zentrum der Ostantarktis, konkurrieren mit der Höhe ihrer höchsten Berge, bei fast 13.500 Fuß.

Sonnenschein-Paradoxon

Vostok ist einer der sonnigsten Orte der Erde, obwohl er zwischen Mai und August überhaupt keinen Sonnenschein hat; es gibt mehr Sonnenstunden pro Jahr als selbst die sonnigsten Orte in Südafrika, Australien und der Arabischen Halbinsel, und Vostok hat die höchste Sonnenscheinsumme für jeden Kalendermonat auf der Erde, mit durchschnittlich 708,8 Sonnenstunden im Dezember oder 22,9 Stunden täglich. Dieses Paradoxon tritt auf, weil während des Polartages im Sommer die Sonne nie untergeht und monatelang ununterbrochenes Tageslicht liefert.

Andere Kälterekorde auf der ganzen Welt

Aufzeichnungen über die Nordhalbkugel

Am 6. Februar 1933 wurde auf der Wetterstation von Oymyakon eine Temperatur von -67,7 °C (-89,9 °F) aufgezeichnet, und dies war damals die kälteste zuverlässig gemessene Temperatur für die nördliche Hemisphäre. Die kleine Stadt Oymyakon in Russland ist das kälteste dauerhaft bewohnte Gebiet, und die niedrigste Temperatur wurde am 6. Februar 1933 gemessen, als die Temperatur in der Stadt -67,7 Grad Celsius erreichte.

Die Weltorganisation für Meteorologie hat jedoch im Jahr 2020 eine Temperatur von -69,6 °C (-93,3 °F), gemessen in der Nähe des topografischen Gipfels des grönländischen Eisschilds am 22. Dezember 1991, als die niedrigste in der nördlichen Hemisphäre anerkannt, und der Rekord wurde an einer automatischen Wetterstation gemessen und nach fast 30 Jahren aufgedeckt.

Zum Vergleich: Die kälteste Temperatur, die jemals in den unteren 48 Vereinigten Staaten gemessen wurde, war minus 70 Grad Celsius (-57 Grad Celsius) am Rogers Pass, Mont., am 20. Januar 1954. Dies zeigt, dass selbst die kältesten Temperaturen auf dem Kontinent der Vereinigten Staaten deutlich wärmer sind als die in der Antarktis oder den kältesten Teilen der Arktis.

Historische antarktische Messungen

Die nächste zuverlässige Messung wurde während der Saison 1957 an der Amundsen-Scott South Pole Station in der Antarktis durchgeführt und ergab -73,6 ° C (-100,5 ° F; 199,6 K) am 11. Mai und -74,5 ° C (-102,1 ° F; 198,7 K) am 17. September, und die nächste Weltrekord-Tieftemperatur war eine Messung von -88,3 ° C (-126,9 ° F; 184,8 K), gemessen an der sowjetischen Vostok Station im Jahr 1968 auf dem antarktischen Plateau.

Klimawandel und die Zukunft der Antarktis

Komplexe Erwärmungsmuster

Trotz seiner Isolation hat die Antarktis in den letzten Jahrzehnten Erwärmung und Eisverlust erfahren, die durch Treibhausgasemissionen verursacht wurden, wobei sich die Westantarktis von den 1950er bis 2000er Jahren um über 0,1 ° C pro Jahrzehnt erwärmt hat und die exponierte antarktische Halbinsel sich seit Mitte des 20. Jahrhunderts um 3 ° C erwärmt hat, während die kältere, stabilere Ostantarktis bis in die 2000er Jahre keine Erwärmung zeigte.

Die Antarktis hat sich seit 1957 mit einer Rate von etwa 0,12 Grad Celsius (0,22 Grad Celsius) pro Jahrzehnt erwärmt, was einem durchschnittlichen Temperaturanstieg von insgesamt 0,5 Grad Celsius entspricht. Auf der Antarktischen Halbinsel und der Westantarktis wird jedoch eine langfristige Erwärmung beobachtet, wobei sich in Teilen der Ostantarktis, insbesondere im Herbst und Winter, eine bescheidene Abkühlung abzeichnet. Dies zeigt, dass der Klimawandel verschiedene Teile der Antarktis auf unterschiedliche Weise beeinflusst.

Regionale Variationen der Temperaturtrends

Die antarktische Halbinsel, der am weitesten vom Südpol entfernte Teil der Antarktis, erwärmt sich schnell, fünfmal schneller als der globale Durchschnitt, und seit 1950 hat sich die antarktische Halbinsel fast um 3 ° C (5,4 ° F) erwärmt, was eine stärkere Erwärmung darstellt als irgendwo sonst in der südlichen Hemisphäre. Diese schnelle Erwärmung hat zu dramatischen Veränderungen in der Region geführt, einschließlich des Zusammenbruchs der Eisschelfs und Veränderungen der Wildtierpopulationen.

Über der Ostantarktis, die viel höher in der Höhe ist, waren Temperaturtrends schwieriger zu beurteilen, und eine Studie aus dem Jahr 2014 kam zu dem Schluss, dass die Temperaturen zwischen 1958 und 2012 um 0,11 ° C / C stiegen, aber der Trend war statistisch nicht signifikant, während sich die Temperatur an der Amundsen-Scott-Station am Südpol - in der Ostantarktis - in den letzten Jahrzehnten abgekühlt haben, mit einem Überprüfungspapier aus dem Jahr 2014, das darauf hindeutet, dass der Abkühlungstrend auf weniger warme Ozeanluftmassen zurückzuführen sein könnte, die das Innere des Kontinents erreichen.

Ozeanerwärmung und Eisverlust

Rund um die Antarktis hat der Südliche Ozean mehr ozeanische Hitze absorbiert als jeder andere Ozean und hat eine starke Erwärmung in Tiefen unter 2.000 m (6.600 ft) gesehen, wobei sich der Ozean um die Westantarktis seit 1955 um 1 ° C erwärmt hat und die Erwärmung des Südlichen Ozeans um die Antarktis die Schwächung oder den Zusammenbruch von Eisschelfen verursacht hat, die direkt vor der Küste der Gletscher schwimmen und sie stabilisieren.

Zwischen 1992 und 2017 verlor die Antarktis mehr als drei Billionen Tonnen Eis, das meiste davon stammte aus dem westantarktischen Eisschild, und einige der dramatischsten Auswirkungen der Erwärmung sind der Zusammenbruch der Eisschelfs in der Westantarktis, die durch die Erwärmung verursacht werden. Diese Veränderungen haben erhebliche Auswirkungen auf den globalen Meeresspiegel und die Zirkulation der Ozeane.

Künftige Prognosen

Unter dem intensivsten Klimawandel-Szenario, bekannt als RCP8,5, prognostizieren Modelle einen Anstieg der antarktischen Oberflächentemperaturen um 3 ° C bis 2070 und um 4 ° C (7,2 ° F) im Durchschnitt bis 2100, was mit einem Anstieg der Niederschläge um 30% und einem Rückgang des Meereis um 30% bis 2100 einhergehen wird.

Die Antarktis ist so kalt, dass selbst bei einem Anstieg von wenigen Grad die Temperaturen im Allgemeinen unter dem Schmelzpunkt des Eises bleiben würden, was bedeutet, dass die Antarktis sich erwärmt, aber wahrscheinlich auf absehbare Zeit ein gefrorener Kontinent bleiben wird, obwohl die Geschwindigkeit und das Ausmaß des Eisverlustes weiterhin kritische Faktoren für den globalen Klimawandel sein werden.

Die Wissenschaft der extremen Kälte

Temperaturumkehrungen verstehen

Während der Mitte des australischen Winters gibt es eine sehr starke Oberflächentemperaturinversion, die Analyse schlägt in der Größenordnung von 25 K in Vostok, und während des beschriebenen Ereignisses, die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und 500 hPa in Vostok erhöht von 20,9 K bei 0000 UT am 11. Juli auf 34,7 K bei 0000 UT am 21. Juli.

Temperaturinversionen treten auf, wenn sich kalte, dichte Luft in der Nähe der Oberfläche absetzt, während wärmere Luft in der Höhe bleibt, was dem normalen atmosphärischen Temperaturprofil entgegengesetzt ist und in der Antarktis im Winter besonders ausgeprägt ist. Die Inversionsschicht wirkt wie ein Deckel, der die kälteste Luft an der Oberfläche auffängt und eine Vermischung mit wärmerer Luft von oben verhindert.

Die Rolle der Strahlungskühlung

Ohne eine schwere und schützende wasserdampfreiche atmosphärische Schicht, die in anderen Gebieten langwellige Strahlung der Erde absorbiert und wieder abstrahlt, verliert die antarktische Oberfläche leicht Wärmeenergie in den Weltraum. Während Trockenperioden in der Antarktis, wenn der größte Teil des Wasserdampfes aus der Atmosphäre ausgewrungen wurde, beginnt sie ein Fenster zu öffnen, das normalerweise nirgendwo sonst auf der Erde geöffnet ist, und schwache Hitze, die vom Eisschild emittiert wird, kann bis in den Weltraum entweichen, wodurch die Eisoberfläche noch kälter wird.

Dieser Strahlungskühlprozess ist am effektivsten, wenn der Himmel klar ist und die Atmosphäre trocken ist. Wasserdampf und Wolken wirken normalerweise als Decke, absorbieren ausgehende Infrarotstrahlung und strahlen einen Teil davon wieder an die Oberfläche zurück. Unter trockenen, klaren Bedingungen in der Antarktis wird dieser Deckeneffekt minimiert, so dass ein maximaler Wärmeverlust an den Weltraum möglich ist.

Katabatische Winde

Aufgrund der hohen durchschnittlichen Höhe in der Antarktis gibt es auch weniger atmosphärischen Druck, niedrigere Luftdrücke, die dazu beitragen, die Region kalt zu halten, und die hohe durchschnittliche Höhe lässt kalte Luft nach unten und von der Antarktis fallen (dies wird Katabatic Wind genannt). Diese Schwerkraft-getriebenen Winde fließen vom hohen Inneren der Antarktis zur Küste hinunter und können an einigen Stellen Hurrikan-Geschwindigkeiten erreichen.

Katabatische Winde spielen eine wichtige Rolle im Klimasystem der Antarktis, indem sie kalte Luft vom Inneren in die Küstenregionen transportieren. Während des Rekord-Kälteereignisses waren die Oberflächenwindgeschwindigkeiten jedoch in Vostok niedrig für den Standort, was einer der Schlüsselfaktoren war, die es ermöglichten, die Temperaturen so dramatisch zu senken. Starke Winde hätten die Luft vermischt und eine solche extreme Abkühlung verhindert.

Implikationen für die Klimawissenschaft

Die Klimaextreme der Erde verstehen

Die Rekordkalttemperatur in Vostok liefert Wissenschaftlern wertvolle Daten über die Grenzen der natürlichen Klimavariabilität der Erde. Durch die Untersuchung der Bedingungen, die zu diesem Extremereignis geführt haben, können Forscher die atmosphärischen Prozesse, die das polare Klima bestimmen, und wie diese Regionen auf Veränderungen der globalen Klimamuster reagieren, besser verstehen.

Die Untersuchung des Klimawandels in der Antarktis ist wichtig, weil sie es Wissenschaftlern ermöglicht, den zukünftigen Klimawandel genauer vorherzusagen und Politikern und politischen Entscheidungsträgern Informationen zur Verfügung zu stellen. Die extremen Bedingungen an Orten wie Vostok dienen als natürliche Laboratorien, um zu verstehen, wie das Klimasystem der Erde unter den schwierigsten Umständen funktioniert.

Eis-Kernforschung

Die Analyse antarktischer Eisbohrkerne und mariner Sedimentaufzeichnungen zeigt, dass der antarktische Eisschild im Laufe der geologischen Geschichte gewachsen und geschrumpft ist und dass die Erde in den letzten 800.000 Jahren acht Eiszyklen (jeweils mit einer Eiszeit und einer Warmzeit) erlebt hat. Die in Vostok und anderen antarktischen Orten gebohrten Eisbohrkerne bieten ein unschätzbares Archiv vergangener Klimabedingungen, das eingeschlossene Luftblasen enthält, die Proben alter Atmosphären konservieren.

Diese Eisbohrkerne ermöglichen es Wissenschaftlern, vergangene Temperaturen, die atmosphärische Zusammensetzung und Niederschlagsmuster zu rekonstruieren, die sich über Hunderttausende von Jahren erstrecken. Diese langfristige Perspektive ist für das Verständnis der aktuellen Klimaänderungen in ihrem richtigen Kontext und für die Validierung von Klimamodellen, die zur Projektion zukünftiger Bedingungen verwendet werden, von wesentlicher Bedeutung.

Globale Klimaverbindungen

Veränderungen in antarktischem Eis und Zirkulation des Südlichen Ozeans beeinflussen globale Klimamuster, einschließlich Regen und Temperaturvariabilität in Afrika, und die antarktische Erwärmung beeinflusst den antarktischen zirkumpolaren Strom und den Agulhasstrom, die Wärme und Feuchtigkeit über die südliche Hemisphäre transportieren, wobei die regionalen Auswirkungen variieren: Nordafrika erlebt zunehmende Wasserknappheit, Ostafrika zeigt sehr unterschiedliche Regenfälle mit wechselnder Dürre und starkem Regen, und das südliche Afrika steht vor steigenden Temperaturen, unregelmäßigen Überschwemmungen und ausgedehnten Dürren.

Die extrem kalten und salzigen Gewässer rund um die Antarktis sinken tief in den Ozean und treiben ein Transportband ozeanischer Wärme um den Globus, und der Südliche Ozean absorbiert das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Atmosphäre als Folge der Ozeanmischung, die durch starke Westwinde auf dem Kontinent verursacht wird. Diese globalen Verbindungen bedeuten, dass Veränderungen in der Antarktis weitreichende Auswirkungen auf das Klima- und Wettermuster weltweit haben.

Herausforderungen extremer kalter Umgebungen

Menschliches Überleben und Anpassung

Das Überleben des Menschen bei -89,2°C ist ohne umfangreiche Schutzausrüstung und spezielles Training unmöglich, und selbst mit der besten Ausrüstung ist die Expositionszeit stark begrenzt, wobei Erfrierungen innerhalb von Minuten auftreten und Unterkühlung eine ständige Bedrohung darstellt. Die extreme Kälte in Vostok und ähnlichen Orten stellt eine beispiellose Herausforderung für die menschliche Besiedlung und wissenschaftliche Forschung dar.

Mehrere Schichten isolierter Kleidung sind unerlässlich, einschließlich thermischer Unterwäsche, Vliesschichten und einer wind- und wasserdichten Außenhülle, mit Schlüsselkomponenten wie einem Parka mit einer mit Pelz gefütterten Haube, isolierten Handschuhen oder Handschuhen und isolierten Stiefeln.

Technologische Herausforderungen

Die extreme Kälte stellt zahlreiche Herausforderungen dar, darunter die Aufrechterhaltung der Anlagenfunktionalität, die Verhinderung des Einfrierens von Kraftstoffen, die Gewährleistung einer zuverlässigen Stromversorgung und die Bewältigung der psychologischen Auswirkungen einer längeren Isolation und extremer Umweltbedingungen. Diese Herausforderungen erfordern innovative technische Lösungen und eine sorgfältige Planung, um die Sicherheit und den Erfolg der antarktischen Forschung zu gewährleisten.

Es werden spezielle Thermometer verwendet, die typischerweise mit Alkohol oder anderen Flüssigkeiten mit extrem niedrigen Gefrierpunkten gefüllt sind, und es werden auch elektronische Sensoren verwendet, die so kalibriert sind, dass sie bei extrem niedrigen Temperaturen genau arbeiten, wobei die Kalibrierung entscheidend ist, um die Genauigkeit der Messungen zu gewährleisten.

Psychologische und gesundheitliche Auswirkungen

Für diejenigen, die in der Arktis leben (oder die wenigen, die in Forschungsstationen in der Antarktis leben), kann die Polarnacht eine große Herausforderung sein, und das Fehlen vertrauter Signale und Tag-Nacht-Zyklen kann den zirkadianen Rhythmus beeinflussen und den Schlaf stören, und der ständige Mangel an Tageslicht saugt oft Energie. Die Kombination von extremer Kälte, Dunkelheit und Isolation schafft einzigartige psychologische Belastungen für diejenigen, die an antarktischen Forschungsstationen überwintern.

Aber die lange Polarnacht zu durchleben ist nicht überall miserabel, und viele Bewohner begrüßen die Erfahrung, mit einem Bewohner von Svalbard, der erklärt: "Man muss die Schönheit in der Dunkelheit sehen." Und für mich ist das überhaupt nicht schwer ... Ich fühle mich noch mehr von der Natur eingetaucht, wenn ich in die Dunkelheit gehe." Und arktische Bewohner tun, was sie können, um dem langen Nachtblues entgegenzuwirken, von der Verwendung von Lichttherapielampen, die die Wellenlängen des Sonnenlichts replizieren, um einfach Routinen beizubehalten, körperlich aktiv zu bleiben und sich so vielen sozialen Aktivitäten wie möglich zu widmen.

Der breitere Kontext der Temperaturextreme der Erde

Vergleich von Hot und Cold Records

Während Vostok den Rekord für die kälteste Temperatur hält, erfährt die Erde auch extreme Hitze. Die heißeste zuverlässig gemessene Temperatur auf der Erde ist deutlich wärmer als die kälteste kalt ist, was die Asymmetrie der Temperaturextreme der Erde zeigt. Diese Asymmetrie spiegelt grundlegende Unterschiede in der Art und Weise wider, wie Wärme und Kälte auf unserem Planeten erzeugt und aufrechterhalten werden.

Die Bandbreite der Temperaturen, die auf der Erdoberfläche natürlich vorkommen, erstreckt sich über mehr als 200 Grad Celsius, von den kältesten Messungen in der Antarktis bis zu den heißesten in Wüstenregionen. Diese bemerkenswerte Bandbreite zeigt die Vielfalt der klimatischen Bedingungen auf unserem Planeten und die Anpassungsfähigkeit des Lebens, um in diesen Extremen zu überleben.

Planetare Perspektive

Ein Forscher des National Snow and Ice Data Center sagt über die kältesten Orte der Antarktis: "Es ist ein Ort, an dem die Erde so nah an ihrer Grenze ist, dass sie fast wie ein anderer Planet ist." Diese Perspektive zeigt, wie extrem die Bedingungen in der Antarktis wirklich sind, und nähert sich den Grenzen dessen, was auf einem erdähnlichen Planeten mit unserer besonderen atmosphärischen Zusammensetzung und Entfernung von der Sonne möglich ist.

Das Verständnis dieser extremen Bedingungen hilft Wissenschaftlern, die Bandbreite der Klimazonen auf der Erde und möglicherweise auf anderen Planeten besser zu verstehen. Die Untersuchung der antarktischen Kälteextreme trägt zu unserem umfassenderen Verständnis der planetaren Klimasysteme und der Faktoren bei, die die Bewohnbarkeit bestimmen.

Monitoring und zukünftige Forschung

Verbesserung der Messnetze

Überwachungsstationen in der Antarktis sind wenige und weit zwischen; vor 1995 war Vostok die einzige Forschungsstation auf dem antarktischen Plateau über der Höhe von 3.000 m (mit Ausnahme der Plateau-Station während der kurzen Zeit, die es in den 1960er Jahren aktiv war), ohne andere Stationen für mehrere hundert Kilometer in jede Richtung, und Temperaturen unter -89,2 ° C (-128,6 ° F), wenn sie anderswo vorkommen, wären nicht aufgezeichnet worden.

Das Forschungsteam hat eine Reihe von Instrumenten entwickelt, die den Winter über an den kältesten Orten überleben und funktionieren und sowohl Schnee- als auch Lufttemperaturen messen können. Die neuen Instrumente werden dazu beitragen, Lücken in unserem Verständnis der kältesten Regionen der Antarktis zu schließen, und sie werden in den nächsten ein oder zwei Jahren, im antarktischen Sommer, bei vergleichsweise milden Temperaturen von -30 Grad Celsius (-22 Grad Fahrenheit) eingesetzt werden.

Satellitentechnologie Fortschritte

Satellitentechnologie hat unsere Fähigkeit, die Temperaturen in der Antarktis zu überwachen, revolutioniert, so dass Wissenschaftler Regionen beobachten können, die zu abgelegen oder unwirtlich für permanente Wetterstationen sind. Satelliten können die Bodentemperatur des gesamten Kontinents messen, aber nur an klaren Tagen, wenn Wolken die Sicht nicht verdunkeln. Trotz dieser Einschränkung haben sich Satelliten als unschätzbar für die Identifizierung der kältesten Orte auf dem antarktischen Plateau erwiesen.

Die Kombination von Satellitenbeobachtungen und bodengestützten Messungen liefert ein vollständigeres Bild der antarktischen Temperaturen als jede Methode allein. „Zukünftige Fortschritte in der Satellitentechnologie und Datenanalysetechniken werden wahrscheinlich unser Verständnis der Temperaturextreme in der Antarktis und anderen abgelegenen Regionen weiter verfeinern.

Validierung von Klimamodellen

CMIP6 überschätzt die Erwärmung der Antarktis erheblich, ähnlich wie die globale Rate und maximiert sie im antarktischen Inneren, aber Beobachtungen von Durchschnitts- und Extremtemperaturen zeigen, dass das Innere der Antarktis einen deutlichen Klimawandel erlebt, der dem projizierten Verhalten von CMIP6 entspricht, aber mit reduzierter Größe.

Die Diskrepanzen zwischen Modellvorhersagen und Beobachtungen in der Antarktis zeigen die Komplexität polarer Klimasysteme und die Herausforderungen, sie genau zu simulieren. Die weitere Erforschung der Mechanismen, die das antarktische Klima antreiben, einschließlich extremer Kälteereignisse wie der Vostok-Aufzeichnung von 1983, wird dazu beitragen, diese Modelle zu verfeinern und unsere Fähigkeit, zukünftige Klimaänderungen vorherzusagen, zu verbessern.

Fazit: Die Bedeutung der kältesten Temperatur der Erde

Die Rekordtemperatur von -89,2°C (-128,6°F), die am 21. Juli 1983 an der Vostok-Station gemessen wurde, bleibt eine der bemerkenswertesten meteorologischen Beobachtungen der Geschichte. Diese extreme Messung stellt die Konvergenz mehrerer atmosphärischer und geografischer Faktoren dar, die die kältesten Bedingungen schufen, die jemals direkt auf der Erdoberfläche aufgezeichnet wurden. Das Ereignis bietet unschätzbare Einblicke in die Grenzen der natürlichen Klimavariabilität der Erde und die Prozesse, die das polare Klima bestimmen.

Während Satellitenbeobachtungen noch kältere Oberflächentemperaturen im Inneren der Antarktis nachgewiesen haben, bleibt der Vostok-Rekord der offizielle Maßstab für die kälteste Lufttemperatur, die mit bodengestützten Instrumenten gemessen wird.

Da der Klimawandel die Antarktis auf komplexe Weise beeinflusst, da sich einige Regionen schnell erwärmen, während andere stabil oder sogar leicht kühl bleiben, nimmt die Bedeutung extremer Kälteereignisse wie der Vostok-Rekord von 1983 nur zu.

Die laufende Forschung an der Vostok Station und anderen antarktischen Standorten fördert unser Verständnis von polarem Klima, Eisdynamik und globalen Klimaverbindungen weiter. Da sich die Technologie verbessert und Überwachungsnetzwerke erweitert werden, können wir noch kältere Temperaturen im riesigen Inneren der Antarktis entdecken und die Grenzen unseres Wissens über die kältesten Umgebungen der Erde weiter verschieben.

Für weitere Informationen über das Klima und die Forschung in der Antarktis, besuchen Sie die britische Antarktis-Umfrage, das nationale Schnee- und Eis-Datenzentrum, oder das USA-Antarktik-Programm, diese Organisationen bieten umfangreiche Ressourcen über die laufende Antarktisforschung und die neuesten Entdeckungen über den kältesten Kontinent der Erde.