Waldbrände, wie sie kürzlich in Kalifornien gewütet haben, können in der Stratosphäre zu starker lokaler Erwärmung führen.

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Waldbrände, wie sie etwa kürzlich in Kalifornien weite Landstriche und zahlreiche Siedlungen vernichtet haben, wirken sich nicht nur lokal aus. Ein internationales Wissenschafterteam konnte nun nachweisen, dass die Folgen der Brände auf die Atmosphäre insgesamt viel stärker sind als bisher angenommen. Die Forscher um Yafang Cheng und Hang Su vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entdeckten, dass große Mengen Rußpartikel, die durch unvollständige Verbrennung freigesetzt werden, durch die Troposphäre hindurch bis in die unterste Schicht der Stratosphäre in einer Höhe von etwa zehn Kilometern transportiert werden können.

In den Rauchwolken war die Rußkonzentration mehr als 20-mal höher als in der Hintergrundatmosphäre. Zudem waren die meisten Rußpartikel mit einer dicken Schicht aus anderen chemischen Substanzen bedeckt, wodurch der Kern der Rußpartikel mehr Licht absorbiert. Die hohen Konzentrationen und die dicke Beschichtung der Rußpartikel weisen darauf hin, dass sich die unterste Stratosphäre lokal stark erwärmen kann, was wiederum das regionale Klima erheblich beeinflussen kann.

Spezialsensor für Aerosole

Für ihre im Fachjournal "Pnas" präsentierten Untersuchungen bauten die Wissenschafter ein speziell entwickeltes Rußpartikel-Fotometer (SP2) in einen Luftfrachtcontainer an Bord eines Airbus A340-600 der deutschen Lufthansa ein. Dieses Instrument kann sowohl einzelne Rußpartikel messen als auch die Konzentration und die Beschichtung dieser Aerosole bestimmen. Diese Aerosole zählen zu den größten Einzelfaktoren, die zur globalen Erwärmung beitragen.

Die Messungen fanden auf 22 Flügen zwischen Europa und Nordamerika von August 2014 bis Oktober 2015 statt. Während 230 Flugstunden sammelte das Gerät Aerosoldaten in einer Höhe von 10 bis 12 Kilometern. Die Untersuchungen waren Teil des CARIBIC-Projekts*, dessen Ziel es ist, die Zusammensetzung und die chemischen und physikalischen Prozesse der Atmosphäre sowie den Klimawandel mithilfe eines Passagierflugzeuges zu untersuchen.

Stärkere Auswirkungen auf das Klima

"In der Stratosphäre können Rußpartikel eine wesentlich stärkere Klimawirkung haben als in niedrigeren Höhen. Dies liegt an der stärkeren Sonneneinstrahlung, der verstärkten Rückstreuung der Strahlung durch Wolken und der langen Verweilzeit der Partikel," sagt Yafang Cheng, leitende Wissenschafterin des CARIBIC-SP2-Projektes.

Längere warme Jahreszeiten, trockenere Böden und Vegetation sowie veränderte Niederschlagsmuster führen in vielen Teilen der Erde zu häufigeren Waldbränden. Diese werden zudem länger und intensiver. "Um zu quantifizieren, wie Waldbrände die Atmosphäre beeinflussen und um unser Verständnis des gegenwärtigen und zukünftigen Klimawandels zu verbessern, sind langfristige und weitreichende Messungen unerlässlich", hält Cheng fest.

"Als nächsten Schritt wollen wir die Beobachtungen auf Afrika und Asien ausehnen, wo es sehr häufig zu Wald- und Savannenbränden kommt", fügt Koautor Hang Su hinzu. Su und Cheng planen die gewonnenen Messdaten auch auf den Verbleib der Aerosole in der Stratosphäre und ihrer Wechselwirkungen mit Wolken zu analysieren. (red, 9.12.2018)