De bovengrens van onze troposfeer schuift – tegen alle verwachtingen in – nog altijd omhoog.

Onze planeet wordt omringd door een relatief dunne laag van gassen: de aardatmosfeer. En die atmosfeer is weer onder te verdelen in verschillende lagen. De onderste laag is de troposfeer. Deze wordt aan de bovenzijde – op zo’n 8 tot 15 kilometer afstand van het aardoppervlak – begrensd door de tropopauze: een denkbeeldige grens die de overgang tussen de troposfeer en daarboven gelegen stratosfeer markeert. Nieuw onderzoek onthult nu dat die tropopauze sinds 2000 gaandeweg steeds hoger is komen te liggen. De troposfeer is dus gegroeid.

Weerballon
Wetenschappers trekken die conclusie nadat ze met behulp van een weerballon de hoogte van de tropopauze vaststelden (zie kader). De metingen wijzen uit dat de troposfeer tussen 2001 en 2020 zo’n 100 tot 120 meter dikker is geworden. En dat is te herleiden naar klimaatverandering, zo stellen de onderzoekers in het blad Science Advances.

Hoe bepaal je waar de tropopauze ligt?
De tropopauze is zoals gezegd de grens tussen de troposfeer en daarboven gelegen stratosfeer. Die twee lagen in de atmosfeer onderscheiden zich duidelijk van elkaar. “In de troposfeer is het zo dat de luchttemperatuur hoe hoger je komt, gaandeweg lager wordt,” aldus Jane Liu, atmosferisch onderzoeker en één van de auteurs van de studie die in Science Advances verschenen is. In de stratosfeer is het precies andersom: hoe hoger je in de stratosfeer komt, hoe hoger ook de temperaturen zijn. “De tropopauze is dan ook de grens waarop de temperatuur naarmate je hogerop komt niet langer af-, maar toeneemt. In andere woorden: het is het punt waarop de luchttemperatuur zowel in de troposfeer als in de stratosfeer een minimum bereikt.”

Variaties
Wetenschappers weten al langer dat de tropopauze niet vastligt. “Wanneer de temperaturen in de troposfeer en stratosfeer op lange termijn stabiel zijn, is ook de hoogte van de tropopauze min of meer stabiel,” legt Liu uit. “Dat laatste was voor de jaren zestig van de vorige eeuw het geval.” Maar op lange termijn kunnen temperatuurvariaties in de troposfeer en stratosfeer ervoor zorgen dat de hoogte van de tropopauze varieert. “Daarbij zijn er twee manieren waarop menselijke activiteiten van invloed kunnen zijn op temperatuurveranderingen in de troposfeer en stratosfeer.” De eerste is middels de uitstoot van ozonvernietigende stoffen die – zoals de naam al doet vermoeden – afrekenen met ozon in de stratosfeer. “Dat leidt ertoe dat de temperatuur in de stratosfeer afneemt.” Daarnaast rommelen we met de temperatuur van de troposfeer en stratosfeer door de uitstoot van broeikasgassen. “Die veroorzaken opwarming in de troposfeer en afkoeling in de stratosfeer. En zowel troposferische opwarming als stratosferische afkoeling kunnen leiden tot een stijging van de tropopauze.”

Onverwacht resultaat
Eerder onderzoek heeft al aangetoond dat de tropopauze tussen 1980 en 2000 naar boven is opgeschoven. Wat het onderzoek van Liu en collega’s nu laat zien, is dat de tropopauze in de 20 jaar erna (tussen 2000 en 2020) met dezelfde snelheid verder naar boven is geschoven. En dat is toch wel onverwacht. “Door de implementatie van het Montreal Protocol in de jaren negentig van de vorige eeuw begon de hoeveelheid ozon in de stratosfeer zich langzaam te herstellen,” legt Liu uit. “Daardoor nam de stratosferische afkoeling na 2000 af. Sommige van de eerdere studies voorspelden dan ook dat de tropopauze na 2000 zou blijven stijgen, maar dat die stijging wel veel trager zou gaan dan voor 2000. Wij verwachtten dat voorafgaand aan onze studie ook. Daarom is het tamelijk verrassend dat de snelheid waarmee de tropopauze na 2000 is opgeschoven vergelijkbaar is met de snelheid waarmee deze voor 2000 opschoof.”

Opwarming
Omdat de stratosferische afkoeling na 2000 is afgenomen, moet de voortdurende klim van de tropopauze na 2000 wel het resultaat zijn van troposferische opwarming, zo stellen de onderzoekers. “Aangenomen dat de temperatuur in de stratosfeer niet verandert en de snelheid waarmee de temperatuur in de troposfeer met hoogte afneemt gelijk is gebleven (namelijk zo’n 6,5 graad per kilometer) heb je bij een warmere troposfeer meer hoogte nodig om het punt te bereiken waarop de laagste temperatuur in de troposfeer overeenkomt met de laagste temperatuur in de stratosfeer.”

Als de temperatuur in de troposfeer stijgt, zal het punt waarop de troposfeer en stratosfeer elkaar ontmoeten (tevens het punt waarop de luchttemperatuur in zowel de troposfeer als stratosfeer het laagst is) hoger komen te liggen. Afbeelding: Jane Liu.

Weer
En zo getuigt een hogere tropopauze dus van de opwarming van de aarde. Maar heeft het uitzetten van de troposfeer ook nog gevolgen, bijvoorbeeld voor het weer dat zich voor het leeuwendeel in deze atmosferische laag afspeelt? We vroegen het Liu. “Onderzoek naar de gevolgen die de stijging van de tropopauze op lange termijn op klimaat en weer heeft, is zeer beperkt. Wel zien we in de literatuur dat er verbanden kunnen worden getrokken tussen een stijging van de tropopauze en veranderingen in weer, klimaat en atmosferische circulaties. Zo is bijvoorbeeld al gesuggereerd dat de stijging van de tropopauze de drijvende kracht is achter de poolwaartse en krachtigere bewegingen van de straalstromen op de middelste breedtegraden.”

Duidelijker is na dit onderzoek hoe het de tropopauze in de toekomst zal vergaan. “Afgaand op onze studie zal de troposfeer – wanneer we broeikasgassen in de atmosfeer blijven pompen – verder opwarmen en zal de tropopauze blijven stijgen.” Wenselijk is dat zeker niet. “Als de hoogte van de tropopauze blijft toenemen zal dat – ook al speelt het allemaal op 10 tot 20 kilometer hoogte – uiteindelijk consequenties krijgen voor het klimaat en weer nabij het oppervlak,” zo waarschuwt Liu.