Verursacht der Klimawandel weitere Rekorde?

Riesige Hagelkörner werfen die Frage auf, ob die globale Erwärmung die Hagelstürme verstärken wird

Nur fünf Tage, nachdem ein 6,2 Zoll (16 Zentimeter) großes Hagelkorn in Italien niederging und einen neuen Europarekord aufstellte, fiel ein weiterer Eisball mit einem Durchmesser von 7,6 Zoll (19,46 cm) – mehr als doppelt so groß wie ein Softball – von dort stürmischer Himmel über dem Land und brach erneut den Rekord.

Dieses zweite Hagelkorn näherte sich auch dem Weltrekord, der laut National Weather Service 2010 in South Dakota mit einem Hagelkorn von acht Zoll (20,3 cm) Durchmesser aufgestellt wurde – fast so groß wie eine Bowlingkugel. Es ist leicht anzunehmen, dass in einer sich erwärmenden Welt weniger Eis vom Himmel fallen würde, aber der Zusammenhang ist nicht ganz so einfach. Experten sagen, dass es in einigen Gebieten wahrscheinlich zu einer Zunahme von Hagelstürmen kommen wird, zusammen mit mehr potenziell schädlichem Hagel, selbst wenn sich die globale Erdoberfläche erwärmt.

„Vor zehn Jahren hieß es, dass es bei einem Klimawandel weniger Hagelstürme geben würde“, sagt Katja Friedrich, Atmosphärenforscherin an der University of Colorado Boulder. „Und das ist eigentlich nicht das, was wir sehen, auch wenn die Temperaturen steigen.“

Das liegt daran, dass es andere Auswirkungen des Klimawandels gibt, die Hagel wahrscheinlicher machen könnten. Hagelerzeugende Gewitter haben laut Friedrich drei Ursachen: starke Aufwinde (warme, aufsteigende Luft, die den Sturm antreibt); eine instabile Atmosphäre (die auftritt, wenn eine kalte, trockene Luftschicht über einer warmen, feuchten liegt); und reichlich Luftfeuchtigkeit.

Wärmere Luft speichert mehr Feuchtigkeit und die Erwärmung in der Nähe der Erdoberfläche trägt zur Instabilität der Atmosphäre bei, was zu mehr Stürmen führen kann. Der Klimawandel kann auch zu starken Aufwinden führen, sagt Victor Gensini, der an der Northern Illinois University schwere konvektive Stürme und den Klimawandel erforscht. „Wenn man sich den Aufwind im Sturm wie einen Heißluftballon vorstellt und mehr heiße Luft erzeugt, steigt diese einfach schneller auf“, sagt Gensini.

Aufwinde sind entscheidend für die Bildung von Hagelkörnern, die als winzige Eispartikel entstehen, die Forscher Embryonen nennen. Durch einen Aufwind werden diese Partikel in mehrere Meilen über dem Boden liegende Sturmregionen geschleudert, wo flüssiges Wasser bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt vorhanden ist. Dieses unterkühlte Wasser ist so schnell kalt geworden, dass es keine Zeit hatte, zu Eis zu kristallisieren, aber es ist gekühlt und darauf vorbereitet, an jedem vorbeiziehenden Hagelkeim zu haften. Die Embryonen wachsen zu weichen Eiskügelchen namens Graupel heran, sagt Sonia Lasher-Trapp, Atmosphärenforscherin an der University of Illinois in Urbana-Champaign. Wenn die Aufwinde stark genug sind und lange genug anhalten, kann der Graupel weiter wachsen und dichter werden. Doch irgendwann können die Aufwinde das Gewicht des Eises nicht mehr tragen und es fällt als Hagel zu Boden. Die Dynamik dieses Prozesses kann sehr komplex sein, sagt Lasher-Trapp. Aus diesem Grund können Meteorologen die Menschen in der Regel warnen, dass hagelerzeugende Stürme wahrscheinlich sind, können jedoch normalerweise nicht genau vorhersagen, wo der Hagel fallen könnte oder welche Größe er haben könnte. „Es ist fast so, als würde man das Ende einer Nahrungskette untersuchen“, sagt Lasher-Trapp. „Es gibt so viele Faktoren, die bei Hagel eine Rolle spielen, das macht es zu einer großen Herausforderung, Vorhersagen zu treffen.“

Bei vielen Stürmen entstehen Hagelkörner, die nie den Boden erreichen; Sie sind so klein, dass sie schmelzen, wenn sie durch wärmere Luft nahe der Planetenoberfläche fallen. Aber ausreichend große Hagelkörner können mit tödlicher Geschwindigkeit einschlagen. Ein Hagelklumpen in der Größe eines Baseballs fällt mit einer Geschwindigkeit von 100 Meilen pro Stunde (161 Kilometer pro Stunde), sagt Harold Brooks, leitender Wissenschaftler am National Severe Storms Laboratory der National Oceanic and Atmospheric Administration.

Der größte Hagel fällt laut Brooks in der Pampa in Nord- und Zentralargentinien sowie in den Great Plains der USA. In beiden Fällen ist die Geographie schuld. Die Great Plains verfügen über eine oberflächennahe Feuchtigkeitsquelle aus dem Golf von Mexiko, und die Pampa erhält Feuchtigkeit aus dem Amazonas-Regenwald. Höhere, trockenere Luft für Stürme kommt über den Rocky Mountains bzw. den Anden; Während die Luft über diese Bergketten strömt, steigt sie auf, kühlt ab und trocknet aus. Laut Brooks ist die italienische Poebene auch als Hagelregion bekannt, in der Stürme entstehen, wenn Winde aus Nordwesten über die Alpen wehen und auf wärmere, feuchtere Luftmassen aus der Adria treffen.

Eine Vorhersage, ob es in der Po-Ebene – oder in einer anderen Region – in Zukunft noch mehr Hagel in Monstergröße geben wird, ist derzeit unmöglich, da extremer Hagel ein so seltenes Ereignis ist, sagt Brooks. Dennoch gebe es Hinweise darauf, dass es in Nordmittelitalien und in den nördlichen Great Plains der USA mehr Hagelkörner mit einer Größe von fünf bis 7,5 Zentimetern gebe

Aber der Klimawandel könnte den Hagel in südlicheren Breitengraden wie Texas behindern. Dies liegt zum einen daran, dass wärmere Luft Hagelkörner zum Schmelzen bringt, bevor sie den Boden erreichen, und zum anderen daran, dass schwere Stürme in diesen wärmeren Regionen möglicherweise schwerer entstehen. Wenn die Oberflächentemperaturen höher sind, erhöht sich auch die Distanz, die die warme Luft aufsteigen muss, um die darüber liegenden kälteren Schichten zu erreichen. Dies kann einen Sturm stoppen, bevor er beginnt, sagt Brooks.

Mit anderen Worten: Es ist ein Balanceakt. Und genau zu wissen, wo und wann dieses Gleichgewicht kippen könnte, ist doppelt schwierig. Erstens sind die Hagelbeobachtungen inkonsistent. (Wenn ein riesiges Hagelkorn auf einen unbewohnten Teil der Prärie in Kansas fällt, stellt es dann einen Weltrekord dar?) Dies schränkt die den Wissenschaftlern zur Verfügung stehenden Daten ein. Zweitens gibt es immer noch viele Aspekte der Hagelbildungsdynamik, die Forscher nicht verstehen. „Sobald man sich mit den Auf- und Abwinden eines solchen Sturms beschäftigt, stößt man tatsächlich auf die numerische Genauigkeit von Modellen“, oder darauf, wie genau ein Computer die Realität simulieren kann, sagt Richard Rood, emeritierter Professor für Klima und Klima Energie an der University of Michigan.

Sturmforscher versuchen jedoch, diese Lücken zu schließen. Eine große, multiinstitutionelle Initiative namens „In-situ Collaborative Experiment for the Collection of Hail in the Plains“ (ICECHIP) reicht derzeit bei der National Science Foundation einen Vorschlag für Feldbeobachtungen von Hagelkörnern in den Great Plains ein. Seit Anfang der 1970er Jahre habe es keine große systematische Feldstudie zu Hagel mehr gegeben, sagt Gensini, der als Co-Hauptforscher an dem Projekt beteiligt ist. (Friedrich von der University of Colorado Boulder ist ebenfalls beteiligt.) Ein besseres Verständnis der Grundlagen der Hagelbildung würde nicht nur die täglichen Vorhersagen verbessern, sondern auch in die Klimaforschung über die Zukunft von Hagelstürmen einfließen, sagt er.

„Das Spannende an Hagel ist“, sagt Gensini, „dass wir noch in den Kinderschuhen unseres Verständnisses stecken.“

Stephanie Pappas ist freiberuflicher Wissenschaftsjournalist. Sie lebt in Denver, Colorado.

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