Aerosole

Licht lässt Partikel wachsen – Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre

Eines der großen Rätsel in den Klimawissenschaften ist die Klimawirkung der Sonne. In den aktuellen Klimamodellen des IPCC spielen Sonnenaktivitätsschwankungen kaum eine Rolle. Ein Blick auf die geologischen Daten der letzten 10.000 Jahre zeigt jedoch, dass dies nicht stimmen kann, denn Klima und Sonne waren stets eng aneinander gekoppelt und bewegten sich überraschend synchron zueinander. Offensichtlich muss es also „Solarverstärker-Prozesse“ geben, die in den IPCC-Formeln bislang nicht berücksichtigt worden sind.

Derzeit gibt es zwei wichtige Solarverstärker-Kandidaten, die auch parallel zueinander wirken könnten. Zum einen ist hier ein Effekt über die UV-Strahlung in der Stratosphäre (siehe S. 229-231 in „Die kalte Sonne“). Zum anderen wird eine schwankende Wolkenbedeckung diskutiert, die vom Sonnenmagnetfeld über die kosmische Strahlung gesteuert wird. Der zuletzt genannte Prozess wurde vor mehr als einem Jahrzehnt vom dänischen Physiker Prof. Henrik Svensmark vorgeschlagen (siehe Kapitel 6 und Svensmark-Gastbeitrag in „Die kalte Sonne“). Mittlerweile gibt es hierzu eine beeindruckende Indizienkette, wenn auch noch nicht jeder einzelne physikalische Schritt bis ins letzte Detail verstanden ist. Gesichert sind momentan u.a. folgende Teilschritte:

(1) Das Sonnenmagnetfeld schwankt parallel zur Sonnenaktivität.

(2) Das Sonnenmagnetfeld schützt die Erde vor kosmischer Strahlung, einem Teilchenregen aus dem Weltall.

(3) Innerhalb eines 11-Jahres-Sonnenfleckenzyklus schwankt auf diese Weise die kosmische Strahlung um 20%, gegenüber nur 0,1% bei der Gesamtstrahlung der Sonne.

(4) Phase 1 des kürzlichen CERN-Experiments hat gezeigt, dass durch kosmische Strahlung vermehrt kleine Aerosol-Teilchen in der Atmosphäre entstehen.

Nun ist die Wissenschaft an der Stelle angekommen, wo es darum geht, ob diese kleinen Teilchen zu größeren anwachsen können, die dann als Wolkenkondensationskeime dienen würden. Die Teilchen müssen nämlich eine Mindestgröße von 50 Nanometern besitzen, sonst können sich keine Wolkentröpfchen darum bilden. Und ohne Wolken würde der ganze Svensmark-Solarverstärkerprozess nicht funktionieren.

Eines der Probleme ist, dass die mühsam am Tag unter Einwirkung der Sonnen-UV-Strahlung angewachsenen Teilchen gemäß den theoretischen Modellen nachts eigentlich wieder zerfallen müssten. Im März 2012 konnte das Svensmark-Team zeigen, dass dies jedoch in der Realität nicht der Fall ist. Die kosmische Strahlung erzeugt offenbar Elektronen, die die Schwefelsäureproduktion auch nachts zu einem gewissen Maße aufrechterhält (siehe unser Blogartikel „Henrik Svensmark schließt eine weitere Lücke in seinem Solarverstärker“).

Aber die Wissenschaft verfolgt auch eine andere heiße Spur: Gibt es vielleicht zusätzliche chemische Prozesse, die in den bisherigen Modellen bislang unberücksichtigt geblieben sind? Ja, es scheint sie in der Tat zu geben. Im Mai 2012 veröffentlichte eine französisch-deutsch-israelische Forschergruppe um Maria Eugenia Monge von der Universität Lyon im Fachmagazin PNAS eine Studie, in der sie einen ganz neuen Mechanismus zum Partikelwachstum beschreiben. In einer Pressemitteilung des am Projekt beteiligten Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung werden die aufsehenerregenden Ergebnisse wie folgt zusammengefasst (Fettsetzung wurde ergänzt): 

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Der Tropengürtel dehnt sich aus: Die Hauptschuldigen sind Ruß und Ozonsmog, nicht das CO2

Im März 2008 veröffentlichte Greg Carmichael von der University of Iowa im Fachmagazin Nature Geoscience eine Studie, in der er zeigen konnte, dass Ruß („black carbon“) ein sehr starkes Treibhausgas ist. Co-Autor der Studie damals war Veerabhadran Ramanathan. Im folgenden Video erläutert Carmichael die Wirkungsweise dieses bis dahin signifikant unterschätzten Treibhaus-Aerosols. Die Autoren konnten zeigen, dass Ruß trotz vergleichsweise niedriger Emissionen von etwa 8 Millionen Tonnen für einen nicht zu unterschätzenden Teil der Erwärmung der letzten 100 Jahre verantwortlich gewesen sein muss.

Ruß kann 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.

Ein Forscherteam um Rajan Chakrabarty vom Desert Research Institute in Reno, Nevada veröffentlichte im Mai 2012 in den Geophysical Research Letters eine Studie zum Erwärmungseffekt von Ruß im Brahmaputra Tal. Die Wissenschaftler führten hier im Januar-Februar Messungen der Ruß-Konzentration durch und fanden, dass die festgestellte hohe Ruß-Konzentration hier einen signifikanten Erwärmungsbetrag verursacht haben muss (siehe auch Beitrag von Roger Pielke Sr.).

„Ruß und Ozonsmog entstehen bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle oder Öl, aber auch bei Waldbränden. Seit den 1970er Jahren habe der Ausstoß dieser Luftschadstoffe vor allem über Südostasien stark zugenommen“ (scinexx). Nur über Teilen Europas und Nordamerikas haben die Rußemissionen infolge von Umweltschutzmaßnahmen abgenommen. Da Ruß nur eine Verweildauer in der Atmosphäre von nur einigen Tagen bis Wochen besitzt, ließe sich relativ schnell etwas gegen diesen Wärmetreiber unternehmen – viel leichter als gegen das CO2. Auch der Ozonsmog ließe sich relativ leicht bekämpfen. Dies scheint die internationale Staatengemeinschaft nun realisiert zu haben. Im Mai 2012 bildete die G8-Gruppe der führenden Industrienationen eine Koalition mit dem Ziel, den Ausstoß kurzlebiger Treibhausgase wie etwa Ruß, Methan und teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW’s) zu reduzieren. Zur Gruppe gehören Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien, Russland, Kanada und die USA (siehe Bericht auf Climate Central).

Das kalifornische Air Resources Board hielt am 24. Mai 2012 eine Sitzung ab, auf der es einen Vortrag zur Klimawirkung von Ruß und anderer kurzlebiger Treibhausgase gab, welcher online als Video verfügbar ist (auf das Video-Symbol bei Agenda Item 12-3-2 klicken).

 

Ruß führte zur Ausdehnung der Tropen

Im Jahr 2008 publizierte eine Gruppe um die NOAA-Forscherin Dian Seidel in Nature Geoscience eine Studie, in der die Ausdehnung des tropischen Klimagürtels während der vergangenen Jahrzehnte festgestellt und analysiert wurde.

„Um durchschnittlich 0,36° Breitengrade pro Jahrzehnt dehnt sich die tropische Klimazone nach Norden aus. Die sich daraus ergebende ‚Verbreiterung‘ der Hadley-Zirkulation verschiebt ihrerseits die trockenen Gebiete des Subtropengürtels in Richtung Nordpol. Und auch die Zugbahnen der dynamischen Tiefdruckwirbel, welche in den mittleren Breiten das Wetter bestimmen, verlagern sich polwärts.“ (Quelle: MeteoKlima)

Die gängigen Klimamodelle konnten das Phänomen überraschenderweise nicht reproduzieren, wie die Wissenschaftler in dem Artikel 2008 darlegten.

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