Brände in den mittleren Breitengraden beeinflussen die Konzentration von Rußpartikeln in der Atmosphäre über der Arktis – dreimal stärker als aktuelle Studien bisher abschätzen. Das hat ein internationales Forschungsteam bei vom Alfred-Wegener-Institut koordinierten Flugmesskampagnen herausgefunden. Die Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift Atmospheric Chemistry and Physics.
In der Arktis steigt die jährliche Durchschnittstemperatur fast doppelt so schnell wie in anderen Teilen der Welt. Neben Kohlendioxid in der Atmosphäre verstärken auch andere Teilchen die Erwärmung der Arktis: Rußpartikel (engl. Black Carbon) in der Luft oder auf den Schnee- und Eisflächen absorbieren Sonnenstrahlen anstatt sie zu reflektieren und nehmen so Wärme auf. Ihren Ursprung haben die Teilchen vor allem in der Verbrennung fossiler Brennstoffe durch den Menschen sowie Biomasse aus Wäldern. Wie genau sich Black Carbon und andere Aerosole auf die Arktis auswirken, untersuchte die Flugmesskampagne PAMARCMiP (Polar Airborne Measurements and Arctic Regional Climate Model Simulation Project), koordiniert vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). Mit dem AWI-Forschungsflugzeug Polar 5 haben die Wissenschaftler im März und April 2018 die Black Carbon-Konzentration in bis zu fünf Kilometern Höhe in der Arktis gemessen.
Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der japanischen Nagoya Universität, der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und des AWI haben die Messungen aus dem Jahr 2018 mit den Werten früherer Flugkampagnen aus 2008, 2010 und 2015 verglichen. Dabei konnten sie einen Zusammenhang zwischen der Anzahl der Brände, die Satelliten parallel in mittleren Breitengraden erfasst haben, und der Konzentration von Rußpartikeln in der Atmosphäre feststellen. In den Jahren 2008 und 2015 verbrannte mehr Biomasse und der Anteil von Black Carbon in der Atmosphäre war mit 25 bis 100 Nanogramm deutlich höher, als in 2010 und 2018 mit 7 bis 23 Nanogramm. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Rußpartikel aus den mittleren Breiten über weite Strecken transportiert werden und somit auch die Menge des arktischen Black Carbon beeinflussen“, sagt Dr. Andreas Herber, Projektkoordinator am AWI. Dies sogar stärker als bisher geschätzt. Denn die Forschungsgruppe untersuchte auch, inwieweit aktuelle numerische Modelle die jährlichen Schwankungen in der Black Carbon-Konzentration zuverlässig simulieren können.
Dabei zeigte sich, dass sie zwar die Menge von Rußpartikeln aus fossilen Brennstoffen recht genau abbilden konnten. Für die Jahre 2008 und 2015, in denen bei Waldbränden mehr Biomasse als üblich verbrannte, ergaben die Modelle allerdings Werte, die dreimal niedriger waren als die tatsächlich gemessene Konzentration. Hier besteht also Verbesserungsbedarf, für den die Ergebnisse der Studie wichtige Grundlagen liefern, so dass die numerischen Modelle zukünftig den Einfluss von Black Carbon in der Arktis genauer abbilden können. Das wird in Zukunft immer wichtiger: „2018 konnten wir zum ersten Mal Torfbrände im Süden Grönlands beobachten. Das Risiko, dass solche Ereignisse auch zunehmend in der Arktis vorkommen, wird durch die globale Erwärmung deutlich erhöht“, sagt Andreas Herber.
Originalpublikation
Ohata, S., Koike, M., Yoshida, A., Moteki, N., Adachi, K., Oshima, N., Matsui, H., Eppers, O., Bozem, H., Zanatta, M., and Herber, A. B.: Arctic black carbon during PAMARCMiP 2018 and previous aircraft experiments in spring, Atmos. Chem. Phys., 21, 15861–15881, DOI: 10.5194/acp-21-15861-2021