Ultrafeiner atmosphärischer Staub aus Abgasen fossiler Brennstoffe kann Wetterextreme verursachen

Starke Niederschläge oder extreme Trockenheit – die Häufigkeit extremer Wetterereignisse nimmt weltweit zu. Existierende Klimamodelle zeigen jedoch deren Dynamik nicht ausreichend. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gehen davon aus, dass ultrafeine Partikel in der Atmosphäre einen erheblichen Einfluss auf die Wolkenphysik und damit auf das Wetter haben. Ihre Flugzeugmessungen bestätigen einen Anstieg der Partikelemissionen trotz abnehmender Grobfeinstaubkonzentration und machen dafür die Verbrennung fossiler Brennstoffe in Abgasreinigungsanlagen verantwortlich. Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.

Nach neuesten Berichten des Weltklimarats IPCC werden Wetterextreme wie Dürren und starke Niederschläge in Zukunft zunehmen. „Bisher führen Klimaforscher diese Veränderungen auf eine steigende Kohlendioxidkonzentration und die höhere Wasserdampfkapazität einer wärmeren Atmosphäre zurück“, sagt Dr. Wolfgang Junkermann vom Bereich Atmosphärische Umweltforschung des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) des KIT. IFU), Campus Alpine des KIT in Garmisch-Partenkirchen. Da Kohlendioxid aufgrund seiner Langlebigkeit homogen im Raum verteilt sei, erkläre es jedoch ohne Berücksichtigung des Wasserkreislaufs die Variabilität der Verteilung und des Auftretens von Extremwetterereignissen nicht ausreichend, fügt er hinzu.

Zusammen mit dem Klimaforscher Professor Jörg Hacker vom unabhängigen Forschungsinstitut Airborne Research Australia (ARA) argumentiert Junkermann, dass ultrafeine Partikel mit einer Größe von wenigen Nanometern bis zu 100 Nanometern bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen und maßgeblich zu extremen Wetterereignissen beitragen. weil sie als Kondensationskerne fungieren und einen regionalen, kurzfristigen Einfluss auf die Wolkenphysik haben.

„Mit herkömmlichen Wolkenbildungsmodellen können wir zeigen, dass durch die Zunahme ultrafeiner Partikel auch besonders feine Tröpfchen entstehen“, erklärt Junkermann. „Dadurch bleibt Wasser viel länger in der Atmosphäre, Regen wird zunächst unterdrückt und es entsteht ein zusätzliches Energiereservoir in der mittleren Troposphäre, das extreme Niederschläge begünstigt. Das kann Hunderte von Kilometern entfernt passieren. Eine heterogene Verteilung der Nanopartikel-Belastung könnte dies erklären.“ die großen regionalen Unterschiede extremer Wetterereignisse.“

Nanopartikel aus der modernen Abgasreinigung

Bisher lässt sich der Einfluss ultrafeiner Partikel auf die Wolkenbildung nur in sehr seltenen Fällen direkt beobachten. Aus diesem Grund nutzten die Forscher Daten zur Menge und Verteilung von Ultrafeinstaub in der Erdatmosphäre und zu Veränderungen des Wasserkreislaufs. Sie fanden heraus, dass in vielen Gebieten der Erde eine Zunahme der Partikelzahlen mit regional veränderten Niederschlagsmustern korreliert.

„Über dem Mittelmeer beispielsweise hat sich die Partikelkonzentration seit den 1970er Jahren um den Faktor 25 erhöht“, sagt Junkermann. „Im gleichen Zeitraum sind starke Schwankungen der Niederschläge mit einer Abnahme der regelmäßigen Niederschläge und einer Zunahme von Dürren und Extremereignissen zu beobachten.“

Ähnliche Muster finden sich in Australien und der Mongolei. Diese Erkenntnis basiert auf umfangreichen Messungen mit Kleinflugzeugen, die über einen Zeitraum von 20 Jahren den wohl größten Datensatz dieser Art hervorgebracht haben. Die Daten umfassen historisch rekonstruierbare Emissionen und gut dokumentierte regionale Klimaänderungen in Gebieten Asiens, Mittelamerikas, Europas und Australiens.

Diese Daten belegen einen extremen Anstieg der Partikelemissionen seit den 1970er Jahren. „Wir haben an bestimmten Stellen bis zu 150.000 Partikel/cm³ gefunden im Vergleich zu etwa 1.000 Partikeln vor 40 Jahren“, sagt Junkermann. „Diese extremen Konzentrationen wurden Kraftwerken, Raffinerien oder dem Schiffsverkehr und oft und insbesondere großen Verbrennungsanlagen mit neuester Abgastechnik zugeschrieben.“

Ammoniak wird seit den 1990er Jahren eingesetzt, um die Bildung von Stickoxiden (NOx) in Abgasen von Industrieanlagen zu verhindern. Die Forscher brachten dies mit der Emission vieler Nanopartikel in die Atmosphäre in Verbindung.

Die Wissenschaftler fordern in ihrem Artikel, die zunehmende Ultrafeinstaubkonzentration in der Atmosphäre für Klimaforschungsszenarien zu überdenken. Bisher verwendete Berechnungen basieren auf Staubwerten aus Emissionsszenarien vom Anfang des Jahrhunderts. „Aktualisierte Daten werden die Modellierung des Wasserkreislaufs, von Niederschlagsänderungen und extremen Wetterereignissen erheblich verbessern“, sagt Junkermann.