Multiscale structure and evolution of an intense atmospheric river connecting Patagonia and the Antarctic Peninsula

Stellen Sie sich die Atmosphäre als ein riesiges, unsichtbares Flusssystem vor, aber anstelle von Wasser, das in einem Kanal fließt, ist es ein Strom warmer, feuchter Luft, der sich durch den Himmel bewegt. Diese „atmosphärischen Flüsse“ sind schmale Korriden, die immense Mengen an Wasserdampf aus wärmeren Regionen in Richtung der Pole transportieren. Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass diese Flüsse existieren und dass sie heftigen Schnee oder Regen abgeben können, wenn sie auf Land treffen. Wenn man sie jedoch aus dem Weltraum oder über Computermodelle betrachtet, fühlt es sich oft so an, als würde man einen Sturm von einem Satelliten aus beobachten: Man sieht die breite Form und die gesamte Menge an Feuchtigkeit, aber man kann nicht sehen, wie die Luft im Inneren der Wolke tatsächlich fließt, wie der Wind in verschiedenen Höhen umschlägt oder wie der Fluss seine Form verändert, während er reist. Dies gilt insbesondere für die entlegenen, gefrorenen Winkel der Welt, wo die Luft kalt, die Wolken dicht und die Instrumente, die zur Messung des Windes nötig sind, spärlich gesät sind. Das Verständnis des inneren Lebens dieser Flüsse ist entscheidend, denn die Art und Weise, wie sie Feuchtigkeit abgeben, entscheidet darüber, ob eine Region einen sanften Schneefall oder eine gefährliche Überschwemmung erlebt und ob die Eisschelfe am Rande der Antarktis stabil bleiben oder zu schmelzen beginnen.

In Ende März 2026 fing ein Team von Forschern eine seltene, hochauflösende Ansicht eines solch intensiven atmosphärischen Flusses ein, während er von der Südspitze Südamerikas in Richtung der Antarktischen Halbinsel zog. Das Ereignis begann über Ushuaia, einer Stadt in Argentinien, die als Tor zum Südlichen Ozean liegt, und bewegte sich südlich über die Drake-Passage, um die Basis Marambio an der antarktischen Küste zu erreichen. Um dies zu untersuchen, verließen sich die Wissenschaftler nicht allein auf Satelliten oder Computermodelle. Stattdessen ließen sie eine Flotte kleiner, leichter Wetterballons, bekannt als „Smarties“, vom Flughafen Ushuaia aus aufsteigen. Diese Ballons waren winzig und wogen nur etwa 8 Gramm, was es dem Team ermöglichte, sie häufig zu starten – manchmal sogar stündlich – und sogar fünf von ihnen gleichzeitig von leicht versetzten Positionen aus zu starten, um ein bewegliches Gitter zu erzeugen. Diese Strategie erlaubte es ihnen, die Feuchtigkeit und den Wind nicht nur an einem einzelnen Punkt, sondern über ein sich verschiebendes Luftvolumen hinweg zu verfolgen, während der Fluss über ihnen vorbeizog. Sie sammelten auch Daten von einer Standard-Wetterstation an der antarktischen Basis, um zu sehen, wie der Fluss aussah, wenn er schließlich an seinem Ziel ankam.

Die Forscher fanden heraus, dass dieser atmosphärische Fluss keine statische Wand aus Feuchtigkeit war, sondern ein dynamisches System, das sich während seiner Bewegung reorganisierte. Als der Fluss zuerst über Ushuaia ankam, war der stärkste Feuchtigkeitstransport in einer spezifischen Schicht des Himmels konzentriert, etwa zwischen 2 und 3 Kilometern über dem Meeresspiegel. Diese Schicht hielt etwa acht bis zehn Stunden an und transportierte eine massive Menge an Wasserdampf. Der Fluss blieb jedoch nicht stationär. Im Laufe der Stunden schwächte sich der Kern des Feuchtigkeitstransports kurzzeitig ab, intensivierte sich dann wieder und verlagerte sich nach oben, bis er schließlich Höhen erreichte, in denen die Windgeschwindigkeiten noch stärker waren. Bis der Fluss etwa einen Tag später stromabwärts zur Antarktischen Halbinsel gelangte, hatte sich die Struktur erneut verändert. An der antarktischen Basis war die Feuchtigkeit immer noch in einer tiefen Schicht konzentriert, befand sich jedoch nun in Luft, die kalt genug war, damit Eis entstehen konnte, und die Luft war so gesättigt, dass sie bezüglich des Eises übersättigt war, was bedeutet, dass sie mehr Wasserdampf enthielt, als sie bei dieser Temperatur theoretisch halten sollte.

Eine der überraschendsten Entdeckungen war, dass trotz der massiven Menge an Feuchtigkeit, die durch den Himmel zog, der tatsächliche Niederschlag am Boden überraschend moderat ausfiel. In Ushuaia stieg die Temperatur signifikant an und die Winde nahmen zu, doch die täglichen Regenmengen blieben niedrig, weit unter dem, was für ein Extremereignis zu dieser Zeit des Jahres gilt. Ähnlich verhielt es sich an der antarktischen Basis: Während die Winde heftig und die Luft dick mit Feuchtigkeit war, erreichte der Schneefall keine rekordverdächtigen Mengen. Diese Diskrepanz zwischen der riesigen Menge an Wasserdampf im Himmel und dem moderaten Niederschlag am Boden deutet darauf hin, dass eine große Menge an Wasserdampf allein nicht ausreicht, um einen Sturm zu erzeugen. Die Forscher beobachteten, dass die spezifische Art und Weise, wie die Luft bewegte, die Temperatur der Wolken und die vertikale Struktur des Windes wichtiger waren als die bloße Gesamtmenge der Feuchtigkeit. Der Fluss war ein kohärentes, organisiertes System, aber seine internen Mechanismen bestimmten, wie viel von diesem Wasser tatsächlich die Erde erreichte.

Die Studie enthüllte auch, wie sich der Fluss während seiner Bewegung durch den Raum verhielt. Als das Team die fünf Ballons gemeinsam startete, sahen sie, dass die Luft, die sie beprobten, nicht uniform war. In der frühen Phase des Ereignisses driften die Ballons schnell auseinander und beprobten ein weites und chaotisches Gebiet, in dem die Windgeschwindigkeit von Ballon zu Ballon erheblich variierte. Dies deutete darauf hin, dass die Feuchtigkeitsschicht turbulent war und durch unterschiedliche Windgeschwindigkeiten abgeschert wurde. Später im Ereignis blieben die Ballons viel näher beieinander und beprobten eine kompaktere und uniformere Luftschicht, die in den Himmel aufgestiegen war. Diese Veränderung zeigte, dass der Fluss nicht einfach nur ein einzelner Block aus Luft war, der nach Süden zog; er war eine komplexe, sich entwickelnde Struktur, die ihre Form, Höhe und interne Stabilität während der Reise änderte. Die Tatsache, dass das Feuchtigkeitsmaximum eine kohärente Struktur über diese verschiedenen Messungen hinweg blieb, bestätigte den Wissenschaftlern, dass sie ein echtes, organisiertes Teil eines Wettersystems verfolgten und nicht nur zufällige Fluktuationen.

Durch die Kombination dieser detaillierten Hochgeschwindigkeitsbeobachtungen mit großräumigen Wetterkarten und Satellitenbildern konnten die Forscher die Verbindung zwischen den breiten Wetterlagen und den spezifischen, lokalen Bedingungen am Boden herstellen. Sie zeigten, dass ein atmosphärischer Fluss aus dem Weltraum als ein langer, kontinuierlicher Band aus Feuchtigkeit identifiziert werden kann, seine interne Struktur sich jedoch innerhalb weniger Stunden dramatisch ändern kann. Der Fluss, der als eine tiefere, turbulente Schicht über Südamerika begann, transformierte sich in eine höhere, stabilere und eisgesättigte Schicht über der Antarktis. Diese Detailtiefe, eingefangen durch die einzigartige Kombination aus häufigen Ballonstarts und Gitterabtastungen, liefert ein klareres Bild davon, wie diese mächtigen Wettersysteme in den Polarregionen operieren. Es legt nahe, dass Wissenschaftler, um die Auswirkungen atmosphärischer Flüsse auf das antarktische Eisschild und das lokale Wetter wirklich zu verstehen, über die bloße Gesamtmenge der Feuchtigkeit hinausblicken und besonders auf die vertikalen Schichten, die Windscherung und die spezifische Art und Weise der Luftbewegung in verschiedenen Höhen achten müssen.