Neue Forschung widerlegt alte Theorie zur Flaute, einer windarmen Äquatorregion, in der Seeleute jahrhundertelang strandeten

Im Zeitalter der Segelschifffahrt fürchteten sich die Seefahrer, die auf den Passatwinden am Äquator vorbeisegelten, davor, in der Flaute festzusitzen, einer meteorologisch besonderen Region in den tiefen Tropen. Mindestens ein Jahrhundert lang dachten Wissenschaftler, dass der Windmangel in der Flaute durch konvergierende und aufsteigende Luftmassen verursacht wurde. Neue Forschungsergebnisse deuten nun darauf hin, dass das Gegenteil der Fall sein könnte.

„Die Idee, was die Flaute verursacht, stammt aus einer Zeit, als wir noch nicht viel darüber wussten, wie sich die Luft in den Tropen tatsächlich bewegt“, sagt Julia Windmiller, Atmosphärenforscherin am Max-Planck-Institut für Meteorologie und Autorin der Studie. „Wir haben die Flaute so sehr vergessen, dass sich niemand die Mühe gemacht hat, dieses ursprüngliche Argument noch einmal zu durchdenken.“

Stattdessen vermutet Windmiller, dass die niedrigen bis gar keinen Windgeschwindigkeiten während der Flaute durch große Bereiche absinkender Luft verursacht werden, die an der Oberfläche auseinander laufen und so klare und windstille Tage schaffen. Die Forschung stellt die herkömmliche Erklärung für das tropische, ozeanische Phänomen in Frage, das Seeleute stranden ließ, Dichter inspirierte und weitgehend aus der wissenschaftlichen Literatur verschwand.

Traditionell wurden Gebiete mit wenig bis gar keinem Wind um den Äquator durch konvergierende und aufsteigende Luftmassen erklärt. Und obwohl diese Luftmassen an der Oberfläche Tiefdruckgebiete mit wenig Wind erzeugen, kann diese Theorie die ausgedehnten Gebiete mit wenig Wind in der Flaute nur erklären, wenn viele Konvergenzgebiete über Tage oder Wochen gemittelt werden.

Kurzfristig bedecken diese konvergierenden Luftmassen keine ausreichend großen Gebiete, um tagelange windstille Regionen zu schaffen.

Die Forschung war veröffentlicht In Geophysikalische Forschungsbriefe.

Die Flaute entschlüsseln

Die Flaute, auch als innertropische Konvergenzzone bekannt, wurde von Seeleuten des frühen 19. Jahrhunderts benannt, die aufgrund von Windstille oder Windstille auf See strandeten. Der Begriff, der ursprünglich als eine Zeit der Niedergeschlagenheit oder Depression definiert wurde, beschreibt heute die manchmal stürmische, manchmal ruhige Äquatorregion. Das ozeanische Gebiet wurde sogar in Samuel Taylor Coleridges Gedicht „The Rime of the Ancient Mariner“ aus dem Jahr 1834 erwähnt:

Tag für Tag, Tag für Tag,

Wir steckten fest, weder Atem noch Bewegung;

So träge wie ein bemaltes Schiff

Auf einem gemalten Ozean.

Die innertropische Konvergenzzone wird üblicherweise als Region konvergierender Passatwinde und aufsteigender Luftmassen in Äquatornähe charakterisiert. Die durch die Äquatorwärme erwärmten Luftmassen steigen wie Ballons nach oben, bilden Wolken und entfachen Stürme über dem Äquator. Sie sinken dann etwa 30 Grad nördlich und südlich des Äquators wieder ab und schließen die sogenannte Hadley-Zellen-Zirkulation ab.

Dieses Muster konvergierender und aufsteigender Luft in Äquatornähe wurde traditionell als Ursache der Flaute angesehen, da unter aufsteigenden Luftmassen im Allgemeinen Bereiche mit schwachem bis keinem Wind entstehen.

Allerdings gibt es kaum moderne Forschung, die die eigentliche Ursache der Flaute belegen soll. Die allgemein akzeptierte Theorie der Flaute könne nicht völlig richtig sein, sagte Windmiller, wenn die Regionen mit aufsteigender Luft nicht über einen längeren Zeitraum gemittelt würden.

„Es gibt diesen faszinierenden Bruch in der Argumentation, denn diese Aufwärtszirkulation der Luft funktioniert nicht für kurze Zeiträume und große Gebiete mit Windstille“, sagte Windmiller. „Bis zu einem gewissen Grad ist dieser Fehler in der Logik nie wirklich aufgetreten, weil wir die Flauten historisch vergessen haben.“

Windmiller analysierte meteorologische Daten der innertropischen Konvergenzzone für den Atlantischen Ozean zwischen 2001 und 2021 und Bojendaten aus den Jahren 1998 bis 2018, um die Ränder der innertropischen Konvergenzzone zu definieren und Ereignisse mit niedriger Windgeschwindigkeit in der Region zu untersuchen.

Niedrigwindereignisse sind dadurch gekennzeichnet, dass der Wind mindestens sechs Stunden lang mit weniger als drei Metern pro Sekunde oder fünf Knoten (der Mindestgeschwindigkeit zum Segeln) weht. Windmiller untersuchte die Daten in mehrtägigen, stündlichen und minütlichen Zeiträumen und betrachtete, wie sich die Niedrigwindereignisse im Laufe der Zeit entwickelten.

Sie stellte fest, dass Ereignisse mit geringer Windgeschwindigkeit mit klarem Wetter, niedrigeren Lufttemperaturen und fehlendem Niederschlag einhergingen. Diese Bedingungen deuten also eher darauf hin, dass absinkende und an der Oberfläche auseinanderdriftende Luftmassen vorliegen und nicht auf aufsteigende.

Windmiller fand außerdem heraus, dass Ereignisse mit geringer Windgeschwindigkeit hauptsächlich in den inneren Regionen der innertropischen Konvergenzzone auftreten und dass sie zu einem bestimmten Zeitpunkt durchschnittlich nur in etwa 5 % der Region vorkommen (während des Sommers der nördlichen Hemisphäre können sie jedoch im östlichen Atlantik bis zu 21 % der Zeit auftreten). Die Orte mit geringer Windgeschwindigkeit variierten auch je nach Jahreszeit und Region des Atlantischen Ozeans.

„Der Großteil der Luft innerhalb der innertropischen Konvergenzzone bewegt sich tatsächlich eher nach unten als nach oben“, sagte Windmiller. „Wir haben in dieser Region nicht nur im Durchschnitt niedrige Windgeschwindigkeiten, sondern es gibt auch Momente, in denen der Wind über sehr großen Flächen einfach verschwunden ist.“

Ihre Theorie wird nicht nur durch wissenschaftliche Beweise gestützt, sondern auch durch die nächste Strophe von Coleridges Gedicht, das die Strandung eines Schiffes in einer wind- und regenlosen Region innerhalb der Flaute beschreibt:

Wasser, Wasser, überall,

Und alle Bretter schrumpften;

Wasser, Wasser, überall,

Und keinen Tropfen zu trinken.

Widerlegung einer alten Theorie

Jahrelang befragte Windmiller andere Atmosphärenforscher zu den Flauten: Was sind die wahren Ursachen dafür, dass in Äquatornähe gelegentlich der Wind verschwindet?

„Sie begannen, diese Aufwärtszirkulation der Luft zu erklären, merkten aber dabei oft, dass es eigentlich keinen Sinn ergab“, sagte Windmiller. „Ich war immer überrascht – es ist ein so grundlegendes Phänomen, warum also sollten wir keine Theorie dafür haben?“

Einige Fragen bleiben jedoch offen. Windmiller ist sich nicht sicher, was die Ursache für die großen absinkenden Luftbereiche in der innertropischen Konvergenzzone ist – obwohl der Großteil der Luft in den Tropen langsam absinkt, ist dieser Effekt allein möglicherweise nicht stark genug, um die Flaute zu verursachen. Andere mögliche Ursachen, sagte sie, sind große konvektive Systeme, die Abwinde hinterlassen, oder Feuchtigkeitsgradienten, die dazu führen, dass die lokale Luft abkühlt und absinkt.

Und während es unwahrscheinlich ist, dass moderne Seefahrer in Flauten stranden, könnte das Verständnis ihrer wahren Ursache Auswirkungen auf die Gegenwart haben. Neue, hochauflösende Klimamodelle haben Schwierigkeiten, Regionen mit niedrigen Windgeschwindigkeiten zu simulieren, sodass das Verständnis der Flauten die Modellvorhersagen von Niederschlags- und Windmustern verändern könnte.

„Wir können diese Ereignisse mit niedrigen Windgeschwindigkeiten nicht mehr so ​​erklären, wie wir es bisher getan haben“, sagte Windmiller. „Ich hoffe, dass die Leute dies sehen und lesen und erkennen, dass die Erklärung im Vergleich zu dem, was wir bisher hatten, völlig auf dem Kopf steht.“