Ein Forschungsteam der ETH Z\u00fcrich hat mit Simulationen auf dem CSCS-\u200bSupercomputer „Piz Daint“ untersucht, wie sich Alterungsmechanismen von Russpartikeln in der Atmosph\u00e4re auf die Wolkenbildung auswirken. Die Ergebnisse zeigen, dass Russalterung die Wolkenbildung und somit das Klima ver\u00e4ndert.<\/p>\n\n\n\n
Beim Verbrennen von Holz, Erd\u00f6lprodukten oder anderen organischen Materialien, gelangen Russpartikel in die Atmosph\u00e4re. Diese vom Menschen verursachten Russpartikel bestehen haupts\u00e4chlich aus Kohlenstoff und gelten nach Kohlendioxid als zweitwichtigster treibender Faktor f\u00fcr die Klimaerw\u00e4rmung: Sie absorbieren in der Atmosph\u00e4re oder als Ablagerung auf Schnee-\u200b und Eisfl\u00e4chen die kurzwellige Strahlung der Sonne und treiben so die Klimaerw\u00e4rmung mit voran.<\/p>\n\n\n\n
In der Atmosph\u00e4re wirken Russpartikel aber auch indirekt auf das Klima, indem sie die Bildung und Entwicklung von Wolken ver\u00e4ndern und dar\u00fcber die Eigenschaften von Wolken beeinflussen. Ein Forschungsteam unter Leitung von Ulrike Lohmann, Professorin am Institut f\u00fcr Atmosph\u00e4re und Klima an der ETH Z\u00fcrich, hat nun erstmals untersucht, wie zwei bestimmte Arten von Russpartikeln den Wolkenzyklus und somit das Klima beeinflussen: zum einen Russ-\u200bAerosole die durch Ozon altern und zum anderen solche die durch Schwefels\u00e4ure altern.<\/p>\n\n\n\n
Russ-\u200bChemie ver\u00e4ndert die Wolkenbildung<\/h5>\n\n\n\n
\u00abBis anhin ging man davon aus, dass diese zwei Arten der Russ-\u200bAlterung die Wolkenbildung und das Klima nur wenig beeinflussen\u00bb, sagt David Neubauer, wissenschaftlicher Programmierer in der Forschungsgruppe von Lohmann. Die Ergebnisse der nun durchgef\u00fchrten Simulationen auf dem CSCS-\u200bSupercomputer \u00abPiz Daint\u00bb zeichnen jedoch ein anderes Bild.<\/p>\n\n\n\n
Wenn sich Russpartikel mit Ozon oder Schwefels\u00e4ure verbinden, ver\u00e4ndern sich ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften, schreibt das Forschungsteam in seiner Studie, die k\u00fcrzlich in der Fachzeitschrift Nature Geoscience publiziert wurde. Durch Ozon gealterte Russpartikel bilden in tieferen Schichten der Atmosph\u00e4re Kondensationskeime, aus denen sich Wolken bilden k\u00f6nnen. In h\u00f6heren Schichten der Atmosph\u00e4re wirken jene durch Schwefels\u00e4ure gealterten Russpartikel hingegen als Eiskeime und lassen Zirruswolken entstehen.<\/p>\n\n\n\n
Das Team simulierte wie die unterschiedlich alternden Russpartikel die Wolkenbildung und infolgedessen das Klima, von der vorindustriellen Zeit bis in die Zukunft, beeinflussen. Bei diesen Simulationen wird die Entwicklung der Aerosolpartikel gekoppelt an die Physik der Wolkenbildung interaktiv berechnet. Das ist aufwendig und braucht mehr Rechenzeit als herk\u00f6mmliche Klimasimulationen.<\/p>\n\n\n\n
Das Forschungsteam traf f\u00fcr seine Berechnungen klar definierte Annahmen, indem es den Alterungszustand der Russpartikel, abh\u00e4ngig von Temperatur und Ozonkonzentration beschreibt. Beide Faktoren beeinflussen die Alterung massgeblich: Damit Russ durch Ozon rasch altert, m\u00fcssen Temperatur und Ozonkonzentration hoch sein. Bei der Eiskeimbildung durch Alterung mit Schwefels\u00e4ure spielt eine tiefe Temperatur die entscheidende Rolle.<\/p>\n\n\n\n
Ver\u00e4nderte Wolkenbildung f\u00fchrt zur Erw\u00e4rmung<\/h5>\n\n\n\n
Simulationen von ozongealtertem Russ zeigen, dass sich bei einer Verdoppelung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosph\u00e4re im Vergleich zur vorindustriellen Zeit weniger tiefliegende Wolken bilden. Zun\u00e4chst bilden sich durch die Ozon-\u200bAlterung von Russ zwar deutlich mehr Wolkentr\u00f6pfchen. Ihre hohe Konzentration f\u00fchrt jedoch dazu, dass sich der obere Wolkenrand schneller abk\u00fchlt und von oben mehr trockene Luft beigemischt wird. \u00abDadurch verdunsten die Wolken schneller, vor allem in einem w\u00e4rmeren Klima\u00bb, erkl\u00e4rt Lohmann. \u00abIn einem w\u00e4rmeren Klima hat die zugemischte Luft auch eine niedrige relative Luftfeuchtigkeit.\u00bb Durch die schnellere Verdunstung bleiben weniger tiefliegende Wolken zur\u00fcck, und mehr kurzwellige Strahlung erreicht die Erde und erw\u00e4rmt sie.<\/p>\n\n\n\n
Die durch Schwefels\u00e4ure gealterten Russpartikel bewirken hingegen, dass sich mehr Eiskristalle bilden und die Zirruswolken optisch dicker werden, das heisst, sie sind weniger durchl\u00e4ssig f\u00fcr Strahlung. Sie reichen bis zur Tropopause hin, die sich in 10-\u200b18 Kilometer H\u00f6he befindet, und verweilen zudem l\u00e4nger in h\u00f6heren Bereichen der Atmosph\u00e4re. Infolgedessen absorbieren die Zirruswolken mehr langwellige W\u00e4rmestrahlung, die die Erde abstrahlt, und lassen weniger davon in Richtung Weltraum entweichen. Der w\u00e4rmende Effekt der Zirren nimmt zu und die Erderw\u00e4rmung wird zus\u00e4tzlich vorangetrieben: Wenn sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosph\u00e4re gegen\u00fcber der vorindustriellen Zeit verdoppelt, f\u00fchren beide Arten der Russ-\u200b\u200bAlterung zusammen zu einer um 0,4 bis 0,5 \u00baC h\u00f6heren Erderw\u00e4rmung. Infolgedessen werde der Wasserzyklus weiter beschleunigt und der globale Niederschlag weiter zunehmen, schreiben die Forschenden.<\/p>\n\n\n\nETH Z\u00fcrich | Grafik: aus Lohmann U, et al. Nat. Geosci. 13, 2020 | Die Bildung von undurchl\u00e4ssigen Zirruswolken.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
eitere Studien in der auch Aerosole von Waldbr\u00e4nden, Flugzeug-\u200b oder Automotoren einbezogen und Feld-\u200b und Labormessungen mit Simulationen kombiniert werden, k\u00f6nnten ein noch klareres Bild \u00fcber die Auswirkung der Russ-\u200bAerosole geben. Sie k\u00f6nnten zudem helfen, Strategien zur Emissionsminderung zu entwickeln. \u00abDas k\u00e4me nicht nur dem Klima und der Luftqualit\u00e4t zugute, sondern auch der Gesundheit der Menschen\u00bb, betont Neubauer.<\/p>\n\n\n\n
![\"ETH](\"https:\/\/www.sonnenseite.com\/wp-content\/uploads\/2020\/11\/ETH_Wirkung-gealterter-Ruspartikel.jpg\")