Laut Studie kann Saharastaub die Entfernung von Methan verbessern

Eine im veröffentlichten Studie Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften erforscht die Auswirkungen von Sahara-Staubwolken auf atmosphärisches Methan. Die Ergebnisse haben möglicherweise weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis des globalen Methanhaushalts und der Gründe für den beschleunigten Anstieg des atmosphärischen Methans.

Die Studie mit dem Titel „Photokatalytische Chloratomproduktion auf Mineralstaub-Seespray-Aerosolen über dem Nordatlantik“ beinhaltet einen vorgeschlagenen neuen Mechanismus, bei dem sich geblasener Mineralstaub mit Meeresspray vermischt, um Mineralstaub-Seespray-Aerosol (MDSA) zu bilden.

Die Ergebnisse legen nahe, dass MDSA durch Sonnenlicht aktiviert wird, um eine Fülle von Chloratomen zu produzieren, die durch Photokatalyse atmosphärisches Methan und troposphärisches Ozon oxidieren. MDSA besteht größtenteils aus Flugstaub aus der Sahara in Kombination mit Meersalzaerosol aus dem Ozean und ist laut der Studie die dominierende Quelle für atmosphärisches Chlor über dem Nordatlantik.

Die Studie basiert auf einer Kombination aus globaler Modellierung sowie Labor- und Feldbeobachtungen, einschließlich Luftproben aus Barbados, die einen saisonalen Abbau des stabilen Isotops 13CO zeigen, eine Anomalie, die Wissenschaftler 20 Jahre lang verwirrte. Sie wussten, dass beobachtete Veränderungen in 13CO und C18O ein Beweis dafür waren, dass Chloratome mit Methan reagierten, und dass Kohlenmonoxid das erste stabile Produkt bei der atmosphärischen Methanoxidation ist. Bisher konnten die bekannten Quellen für atmosphärisches Chlor jedoch nicht den Grad der 13CO-Verarmung erklären.

Unter Verwendung eines globalen 3D-Chemie-Klima-Modells (CAM-Chem) stellte das Forschungsteam fest, dass die Ergebnisse gut mit den Barbados-Daten übereinstimmten und den 13CO-Abbau erklärten, wenn erhöhtes Chlor aus dem MDSA-Mechanismus in das Modell einbezogen wurde.

Wenn der im Nordatlantik beobachtete MDSA-Effekt global extrapoliert wird und seine Wirksamkeit in anderen Teilen der Welt ähnlich ist – zwei Bereiche, die noch nicht gut verstanden sind und weiterer Forschung bedürfen – könnten die globalen Chlorkonzentrationen in der Atmosphäre etwa 40 % höher sein als bisher angenommen, heißt es in der Studie. Die Berücksichtigung dieser Faktoren bei der globalen Methanmodellierung könnte möglicherweise unser Verständnis der relativen Anteile der Methanemissionsquellen verändern.

Methan ist ein starkes Treibhausgas mit einem Treibhauspotenzial (GWP), das über 20 Jahre hinweg 83-mal höher als Kohlendioxid und über 100 Jahre 30-mal höher ist und etwa ein Drittel der modernen Erwärmung ausmacht. Die atmosphärischen Methankonzentrationen, die heute fast 2,6-mal höher sind als in vorindustriellen Zeiten, steigen immer schneller an, wobei der stärkste jährliche Anstieg seit Beginn der Aufzeichnungen in den Jahren 2020 und 2021 zu verzeichnen ist.

Es ist bekannt, dass anthropogene Methanemissionen für den Großteil des Gesamtanstiegs verantwortlich sind, wobei auch erhöhte natürliche Emissionen und Veränderungen der Atmosphärenchemie aufgrund anthropogener Emissionen verschiedener Gase eine Rolle spielen.

Auch wenn der Grund für die jüngste Beschleunigung noch nicht vollständig geklärt ist, könnte diese Studie einen wichtigen Hinweis gefunden haben. Die Schlussfolgerung, dass mehr aktives Chlor vorhanden ist als bisher angenommen und Auswirkungen auf 13 °C hat, weist auf einen möglichen Anstieg von Methan aus biologischen Quellen wie der Landwirtschaft und Feuchtgebieten hin. Dies deutet darauf hin, dass biologisches Methan möglicherweise eine etwas größere Rolle gespielt hat als bisher angenommen.

„Methanemissionen aus biologischen Quellen wie Feuchtgebieten und der Landwirtschaft könnten mit steigenden globalen Temperaturen zunehmen“, sagte Maarten van Herpen, Hauptautor der Studie PNAS lernen. „Aber die jüngste Zunahme des Staubs aus Nordafrika hat wahrscheinlich zu einer erhöhten Methanoxidation in der Atmosphäre geführt, was den Anstieg der biologischen Methanemissionen teilweise verdeckt. Eine Anpassung der atmosphärischen Modellierung, um dies zu berücksichtigen, könnte zeigen, dass die Methanemissionen aus biologischen Quellen noch schneller ansteigen, als wir dachten.“

„Wenn diese Erkenntnisse in die Methanbilanz einbezogen werden, wird sich unsere Einschätzung darüber, wie viel Methan aus biologischen Quellen stammt, wahrscheinlich verbessern“, sagte Professor Matthew Johnson von der Universität Kopenhagen, Mitautor der Studie.

„Während die Methanoxidation aus MDSA im Vergleich zum weltweiten Methan relativ gering ausfällt, zeigen unsere Daten, dass sie große Veränderungen in der Häufigkeit von 13C im Methan verursacht, die zur Bestimmung der Quellenbeiträge verwendet werden. In den letzten Jahren hat das atmosphärische Methan schneller zugenommen als je zuvor, und es ist wichtig, die Ursache zu verstehen. Modelle müssen die überarbeitete Chlorisotopenverschiebung berücksichtigen, um ein klares Bild des Anstiegs des biologischen Methans zu erhalten, das als kritischer Wendepunkt identifiziert wurde.“

Wie der MDSA-Mechanismus in anderen Teilen der Welt funktionieren könnte, sei nicht gut verstanden und bedarf weiterer Forschung, heißt es in der Studie. Folgeforschung ist im Gange.

„Unsere aktuelle Forschung konzentriert sich darauf, besser zu verstehen, was genau beeinflusst, wie viel Methan-MDSA-Partikel aus der Atmosphäre entfernen“, sagte van Herpen.

„Dazu analysieren wir Luftproben von der anderen Seite des Nordatlantiks, die von Atmosphärenobservatorien und Handelsschiffen stammen. Seeleute helfen dabei, unsere Forschung voranzutreiben, indem sie Flaschen mit Luft füllen, während sie durch die afrikanische Staubwolke reisen. Bisher haben wir 500 Flaschen gesammelt. Die ersten Ergebnisse sehen sehr ermutigend aus, aber wir brauchen ein ganzes Jahr an Daten, bevor wir Schlussfolgerungen ziehen können.“