Aerosole – Seite 4 – Test Schmiede-Blog

Der Weltklimarat geht davon aus, dass das Kohlendioxid eine sehr starke Klimawirkung besitzt. Allerdings beträgt die real gemessene Erwärmung der letzten 150 Jahre lediglich 40% von dem, was aufgrund der vom IPCC angenommenen CO2-Klimasensitivität zu erwarten gewesen wäre. Bereits vor drei Jahren (2010) wies ein US-amerikanisches-schwedisches Forscherteam um Stephen Schwartz vom Brookhaven National Laboratory in einem Artikel im Journal of Climate auf diese bedeutende Diskrepanz hin. Bei der Analyse möglicher Gründe fanden Schwartz und Kollegen, dass hierfür entweder eine vom IPCC zu hoch angesetzte CO2-Klimasensitivität verantwortlich zeichnet oder die kühlende Wirkung von anthropogenen Aerosolen von den Weltklimaratsmitgliedern überschätzt wurde. Derartige Schwefelemissionen wurden in den vergangenen Jahren gerne als Kühlungsjoker präsentiert, unter anderem vom Hockeystick-Erfinder Michael Mann.

Neuere Untersuchungen erteilen dem Aerosol-Joker nun jedoch eine klare Absage. In einer Pressemitteilung vom 9. Mai 2013 lässt das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz keinen Zweifel daran, dass die Klimamodelle die Kühlwirkung der Aerosole wohl bislang deutlich überschätzt haben, so dass gemäß der Schwartz-Studie nun wohl doch alles auf eine reduzierte Klimasensitivität hinweist. Im Folgenden die vollständige MPI-Pressemitteilung:

——————————————————-

Sulfat-Aerosole kühlen das Klima weniger als gedacht

Lebensdauer wolkenbildender Sulfat-Partikel in der Luft geringer als angenommen: Ursache ist eine in bisherigen Klimamodellen unbeachtete Oxidation von Schwefeldioxid

Schwefeldioxid ist als Gegenspieler der Treibhausgase offenbar weniger effektiv als bisher angenommen. Aus ihm entstehen in der Luft Sulfat-Aerosolpartikel, die das Sonnenlicht reflektieren und als sogenannte Wolkenkondensationskeime die chemischen Vorgänge in Wolken beeinflussen. Sulfat-Aerosolpartikel helfen also, die Erde zu kühlen. Sie sind deshalb ein wesentlicher Bestandteil vieler Klimamodelle. Wie ein Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz nun jedoch herausfand, ist es wahrscheinlich, dass die meisten Modelle bei ihren Vorhersagen den Kühlungseffekt dieser Partikel überschätzt haben. Grund ist ein bisher weitgehend unberücksichtigter Reaktionsweg in den Wolken, den Mineralstaub katalysiert und der die Lebensdauer von Sulfat-Aerosolpartikeln und deren Fähigkeit, Sonnenlicht zu reflektieren, stark beeinflusst.

Als Kondensationskeime sind Aerosolpartikel ein wichtiger Ausgangspunkt für die Bildung von Wolken. Luftfeuchtigkeit lagert sich an ihnen an, und es entstehen kleine Tropfen, die schließlich zu Wolken werden. In den Wolken selbst jedoch verändert sich die chemische Zusammensetzung der Aerosolpartikel.

Um herauszufinden, was sich dort genau abspielt und warum, untersuchten Dr. Eliza Harris und Dr. Bärbel Sinha vom Max-Planck-Institut für Chemie gemeinsam mit weiteren Wissenschaftlern aus Mainz und anderer Institute verschiedene Luftmassen. Das Besondere: Sie beobachteten eine Wolke, die sich an einem Berg aufstaute, während sie sich bildete. Auf diese Weise verfolgten sie die Veränderung der Aerosolbestandteile im Laufe der Wolkenentstehung.

Isotopen-Analyse verrät, wie Sulfat entsteht

Harris und Sinha richteten dabei ihr Hauptaugenmerk auf die Analyse von Schwefelverbindungen. Deren Zusammensetzung untersuchten sie anhand von Luftproben, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten genommen wurden: Vor dem Eintauchen in die Wolke, während des Aufenthalts in der Wolke und nachdem sie die Wolke wieder verlassen hatten.

Die Schwefelverbindungen in den Proben unterschieden sich in der Verteilung der Schwefelisotope. Isotope sind Atome desselben Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl an Neutronen im Atomkern und lassen sich mit einem Massenspektrometer unterscheiden. Mithilfe der NanoSIMS-Ionensonde, eines besonders hochempfindlichen Massenspektrometers, konnte das Forscherteam sogar, Rückschlüsse auf die chemischen Abläufe ziehen. „Die relativen Reaktionsraten von Isotopen sind wie Fingerabdrücke, die verraten, auf welchem Weg das Sulfat aus dem Schwefeldioxid entstanden ist“, erklärt Eliza Harris ihre Untersuchungsmethode, die Teil ihrer Doktorarbeit in der Forschungsgruppe von Peter Hoppe am Max-Planck-Institut für Chemie war.

Rolle von Übergangsmetallionen bei der Bildung von Sulfat-Aerosolen bisher unterschätzt

Harris‘ Studie offenbart, dass der wichtigste Weg der Sulfatbildung in den meisten Klimamodellen bisher offenbar übersehen wurde. Ihren Messungen zufolge entstehen Sulfate in Wolken am häufigsten über die Oxidation von Schwefeldioxid (SO₂) mit Sauerstoff (O₂). Diese Reaktion wird durch sogenannte Übergangsmetallionen, kurz TMI für „transition metal ion“, wie Eisen, Mangan, Titan oder Chrom, katalysiert. Zudem traten die Sulfate meistens in Wolkentropfen auf, die sich auf großen Mineralstaubpartikeln, den wichtigsten Lieferanten der Übergangsmetallionen, gebildet hatten. Sehr viel seltener führte die Spur zur Oxidation von Schwefeldioxid mit Wasserstoffperoxid (H₂O₂) und Ozon (O₃).

„Als meine Kollegen und ich mit diesem Ergebnis auf die grundlegenden Annahmen der Klimamodelle blickten, waren wir sehr erstaunt. Denn nur eines von zwölf Modellen berücksichtigt die Rolle der Übergangsmetallionen bei der Sulfatbildung“, so die Wissenschaftlerin, die mittlerweile am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA arbeitet. Stattdessen verwendeten die meisten Modelle den alternativen Fall der Schwefeldioxidoxidation durch Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Ozon (O₃) und das Hydroxyl-Radikal (OH).

weiter lesenKlimamodelle in Bedrängnis: Sulfat-Aerosole kühlen das Klima weniger als gedacht

Bis vor wenigen Jahren spielte der Ruß bei den Klimatologen kaum eine Rolle. Aber das änderte sich im März 2008. Damals veröffentlichten Veerabhadran Ramanathan von der Scripps Institution of Oceanography und Greg Carmichael von der University of Iowa im Fachmagazin Nature Geoscience eine Studie, in der sie zeigen konnten, dass Ruß („black carbon“) eine sehr starke Klimawirkung besitzt. Ruß kann dabei im Wesentlichen auf zwei Wegen die Temperatur der Atmosphäre beeinflussen. Zum einen absorbieren die Rußpartikel das Sonnenlicht und strahlen die Wärme dann in die Atmosphäre ab. Zum anderen verringern die dunklen Partikel die Rückstrahlfähigkeit für Sonnenlicht auf Eis und Schnee (Verringerung der Albedo). Ruß hat insofern einen fatalen Effekt auf die Schnee- und Eisgebiete. Er absorbiert die Sonnenstrahlen, die sonst reflektiert würden, und erwärmt auf diese Weise die Oberfläche und bewirkt ein erhöhtes Schmelzen.

Gehen wir einmal logisch vor. Da wird also unerwarteter Weise ein neuer, starker Klimatreiber gefunden, also muss doch irgendetwas anderes in den bisherigen Klimamodellen zu stark angesetzt worden sein, richtig? Die Überraschung war jedoch groß, als die Klimamodellierer erklärten, alles wäre prima, und natürlich müsse man die Klimakraft des dominierenden CO₂ nicht schmälern. Über dieses Paradoxon haben wir bereits in unserem Buch „Die kalte Sonne“ berichtet (Kapitel 5, S. 171-181):

Obwohl Ruß mit 8 Millionen Tonnen vergleichsweise niedrige Emissionen aufweist und auch die Verweildauer nur einige Tage bis Wochen beträgt, ist nach diesen Untersuchungen der Ruß im Modell des IPCC mit 55 Prozent der Erwärmungswirkung des CO₂ nach IPCC-Version für den Zeitraum der letzten 250 Jahre zu berücksichtigen. Da dieser Effekt in dieser Größe aber nicht berücksichtigt worden ist, muss zwangsläufig der Einfluss des CO₂ in den Modellen um diesen Betrag zurückgenommen werden. Das wäre recht unangenehm in der öffentlichen Kommunikation.

Daher wendet Ramanathan einen Trick an. Er verweist auf die große Unsicherheit bei den Dämpfungseffekten der übrigen Aerosole (siehe oben) und erhöht einfach die negative Wirkung dieser Aerosole um genau den Betrag, der dem Ruß nach neuesten Erkenntnissen zuzuschreiben ist. Das Ergebnis ist wieder perfekt: Die Wirkung des CO₂ kann ungeschmälert bleiben – und Ramanathan wird fleißig von der IPCC-Gemeinde zitiert. Ein simpler Taschenspielertrick, der durch keine neuen Erkenntnisse auf der übrigen Aerosolseite belegt ist.

Die bedeutende Klimawirkung des Ruß wird mittlerweile sogar vom Naturschutzbund Deutschland e.V. (NABU) anerkannt. Am 20. September 2012 veröffentlichte der NABU auf seiner Webseite eine Erklärung, in der die Erwärmung der Arktis zu bis zu 50% dem Ruß angelastet wird. Im logischen Umkehrschluss reduziert sich der vermeintliche Anteil der Treibhausgase am arktischen Schmelzen signifikant. Der NABU schreibt:

Angesichts der aktuell vom Hamburger Klima Campus präsentierten Daten zur geringsten jemals gemessenen Arktiseisausdehnung fordert der NABU eine stärkere Einbeziehung von Dieselrußpartikeln in die klimapolitische Gesetzgebung. Die Gefahren, die von Rußpartikeln und anderen Luftschadstoffen ausgehen, werden bisher zu wenig öffentlich thematisiert und von der Politik nicht angegangen. „Bis zu 50 Prozent der Erwärmung in der Arktis sind auf den Einfluss von Rußpartikeln zurückzuführen. Damit spielen diese Partikel eine fast ebenso große Rolle für den Klimawandel wie das Treibhausgas CO2“, so NABU-Bundesgeschäftsführer Leif Miller.

Rußpartikel entstehen bei der unvollständigen Verbrennung von fossilen Brennstoffen, etwa in Automotoren, Kraftwerken oder Häusern. In Mitteleuropa ist der Verkehr der Hauptverursacher. Zusammen mit weiteren Luftschadstoffen bilden Rußpartikel die Gruppe der „kurzlebigen Klimatreiber“. Sie forcieren den Klimawandel ähnlich stark wie Kohlenstoffdioxid, verbleiben aber viel kürzer in der Atmosphäre. Ihre Reduktion wird sich daher schneller auf das Weltklima auswirken als eine Minderung des CO2-Ausstoßes.

„Das Hauptaugenmerk bei der Bekämpfung des Klimawandels sollte weiterhin auf CO2 liegen. Indem wir zeitgleich kurzlebige Klimatreiber bekämpfen, gewinnen wir wertvolle Zeit, um die Klimaschutzziele noch zu erreichen“, erläutert NABU-Verkehrsexperte Dietmar Oeliger. Die Bundesregierung müsse ein verbindliches Minderungsziel bis 2020 verabschieden. Alle Dieselrußverursacher müssten zum Einbau moderner Abgasreinigungsanlagen wie Partikelfilter gesetzlich verpflichtet werden. Daneben müsste aber grundsätzlich über alternative Mobilitätsstrategien nachgedacht werden, in denen Verbrennungsmotoren eine deutlich geringere Rolle spielten als heute.

weiter lesenNABU: „Bis zu 50 Prozent der Erwärmung in der Arktis sind auf den Einfluss von Rußpartikeln zurückzuführen“