Afrikanischer Rauch über dem Amazonas

Der brasilianische Regenwald ist eine der wenigen Kontinentalregionen der Welt mit sauberer Luft. Dies gilt jedoch nur während der Regenzeit, wenn die Feinstaubkonzentration sehr gering ist. Während der Trockenzeit sieht es anders aus: Im Amazonas-Regenwald brennen zahlreiche Abholzungsbrände, da sich ein „Abholzungsbogen“ von Süden her in den Regenwald hineinfrisst.

Ruß und andere Emissionen der Brände führen zu dieser Jahreszeit zu einer drastischen Verschlechterung der Luftqualität. Die Luftqualität im zentralen Amazonasgebiet ist derzeit nicht besser als in städtischen europäischen Ballungsräumen. Die Konzentration von Rußpartikeln in der Atmosphäre über dem Walddach schwankt zwischen sehr niedrig und sehr hoch.

Ein Forschungsteam hat erstmals die Herkunft der Rußpartikel untersucht. Sie machten eine überraschende Entdeckung: Ein Großteil der Partikel stammt nicht aus Südamerika; Stattdessen reisen sie mit Luftmassen rund 10.000 Kilometer von Afrika über den Atlantik, verursacht durch natürliche Buschbrände, Brandrodung und die Verbrennung von Biomasse, beispielsweise zum Kochen.

„Rauch aus Afrika ist praktisch das ganze Jahr über in großen Mengen über dem Regenwald zu finden – damit hatten wir nicht gerechnet“, erklärt Bruna Holanda, die die Studie als Doktorandin am Max-Planck-Institut für Chemie leitete. „Wir hatten geschätzt, dass die Rauchmenge aus Afrika etwa 5 oder vielleicht 15 Prozent betragen würde. Wie sich herausstellte, erreichte sie manchmal bis zu 60 Prozent.“

Laut dem Atmosphärenphysiker zeigt dieser Wert die Effizienz des atmosphärischen Transports von Ruß- und Aerosolpartikeln über Luftmassen von Afrika nach Südamerika.

Rußpartikel aus Afrika und Südamerika unterscheiden sich physikalisch und chemisch voneinander

Um den Ruß über dem Amazonas verschiedenen Quellen zuzuordnen, analysierten die Forscher über einen Zeitraum von zwei Jahren am Amazon Tall Tower Observatory (ATTO) Rußpartikel in der Luft über dem Amazonas. Die Forschungseinheit liegt in einer nahezu unberührten Region im zentralen Amazonasgebiet und verfügt unter anderem über einen 325 Meter hohen Aussichtsturm.

Das Team identifizierte zwei vorherrschende Arten von Ruß: Rußpartikel aus Afrika waren deutlich größer als solche aus dem Amazonasgebiet und wiesen eine geringere Konzentration an organischem Material auf. Die Forscher führen dies darauf zurück, dass in Afrika vor allem Grasland, Savannen und offene Wälder verbrannt werden. Der Trocknerbrennstoff führt eher zu einer Flammenverbrennung und zu mehr Rußpartikeln. Umgekehrt entstehen südamerikanische Brände in dichten und feuchten Wäldern.

Dieser feuchtere Kraftstoff führt zu einer schwelenden Verbrennung, was zu Ruß mit einer höheren Konzentration an organischem Material führt. Anhand meteorologischer Daten wie dem Hauptwindfeld und Satellitenbildern, auf denen die Rauchwolken zeitweise sogar sichtbar sind, ermittelten Holanda und ihre Kollegen dann die jeweilige Rauchquelle.

Auf diese Weise stellten die Forscher auch fest, dass es zwei Zeiträume im Jahr gibt, in denen besonders viel Rauch von Afrika in den Amazonas gelangt: Zum einen bringen Winde in der Regenzeit von Januar bis März immer wieder Ruß in Kombination mit Saharastaub in den Amazonas Region. In dieser Zeit stammen durchschnittlich 60 Prozent der Rußpartikel über dem Amazonas von afrikanischen Bränden.

Tatsächlich ist die Luft in der Regenzeit besonders sauber, da es in der Region kaum Brandrodungen gibt. Allerdings macht der Rauch aus Afrika die Luft in dieser Jahreszeit manchmal genauso schmutzig wie in der Trockenzeit. Zweitens kann man während der Trockenzeit von August bis November im zentralen Amazonasgebiet viel Ruß aus Afrika beobachten.

Im Gegensatz zur Regenzeit kommt es in dieser Zeit in der Region zu vielen natürlichen und vom Menschen verursachten Bränden, insbesondere in trockenen Gebieten des Amazonasbeckens. In anderen Regionen des Amazonas sind regionale Brände für rund zwei Drittel der Rußbelastung verantwortlich. Allerdings stammt ein Drittel des Rußes in diesen Regionen aus Afrika, was die ohnehin schon hohe Luftverschmutzung noch weiter verschärft.

Rauch beeinflusst das Klima und den Wasserkreislauf

Ruß und andere Aerosolpartikel absorbieren und streuen Sonnenlicht, was Auswirkungen auf die Strahlungs- bzw. Energiebilanz der Erde und unseres Klimas hat. Insbesondere Rußpartikel sind sehr strahlungsaktiv, da sie deutlich mehr Sonnenlicht absorbieren als reflektieren und so die Wärme im Erdsystem speichern. Auch Staub- und Rußpartikel dienen als Kondensationskeime bei der Entstehung von Wolkentropfen. Als solche beeinflussen sie die Bildung von Wolken und Niederschlägen; Sie wirken sich somit auch auf den Wasserhaushalt aus.

„Unsere Ergebnisse können dazu beitragen, Klima- und Erdsystemmodelle zu verbessern, die afrikanische Rauchkomponenten bisher nur unzureichend widerspiegeln“, erklärt Christopher Pöhlker, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemie. Die Effizienz des Transports deutete seiner Meinung nach auch darauf hin, dass afrikanischer Rauch bereits in vorindustrieller Zeit nach Südamerika gelangt war, da die feuergefährdete afrikanische Vegetation vermutlich schon seit Zehntausenden von Jahren brannte.

„Wir vermuten, dass Ruß seit langem eine wichtige Rolle bei der Bodendüngung und Waldbildung im Amazonasgebiet sowie im Kohlenstoff- und Wasserkreislauf spielt“, so der Atmosphärenchemiker weiter. Bisher positive Effekte wie dieser können sich jedoch nun nachteilig auswirken. „Die Abholzungsrate, die Zahl der Brände und der dadurch verursachte Ruß in den vergangenen Jahren sind beispiellos und könnten schwerwiegende Folgen für den regionalen und globalen Klimawandel haben“, sagt Pöhlker.

Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Kommunikation Erde und Umwelt.