Rauch von kanadischen Waldbränden schwebt seit Wochen über Deutschland.
Riesige Waldbrände in Kanada haben Millionen von Hektar Wald
vernichtet, mehr als 100 000 Einwohner vertrieben und die Luftqualität von
Millionen Menschen in Nordamerika beeinträchtigt. Die Spuren dieses
ökologischen Desasters sind auch in der Atmosphäre über Deutschland zu
spüren: Seit Mitte Mai registrieren Forschende des Leibniz-Instituts für
Troposphärenforschung (TROPOS) regelmäßig dünne Rauchschichten in Höhen
zwischen 3 und 12 Kilometern Höhe über Leipzig. Der Nachweis, dass es sich
bei den Partikeln um Rauch aus Waldbränden handelt, wurde durch eine neue
Technik möglich:
Rauchpartikel sind biologischen Ursprungs und leuchten, wenn sie mit UV-
Licht eines Lasers angestrahlt werden. Durch können sie eindeutig von
anderen Teilchen wie Vulkanpartikeln oder Saharastaub unterschieden
werden. Der Ursprung der Rauchschichten konnte anhand der Luftströmungen
bis nach Nordamerika zurückverfolgt werden.
„Es ist beeindruckend und beängstigend zu gleich, zu sehen, welche
Dimensionen diese Waldbrände inzwischen erreicht haben: Wenn in Kanada und
den USA wochenlang Wäldern brennen, dann leiden nicht nur die Menschen
dort unter dieser Katastrophe. Auch die Atmosphäre über Europa wird
beeinflusst: In den hohen, normalerweise wolkenfreien Luftschichten
scheinen sich durch die Rauchpartikel dünne Schleierwolken zu bilden“,
berichtet Benedikt Gast vom TROPOS, der die aktuellen Messungen im Rahmen
einer Doktorarbeit betreut und auswertet.
Im Gegensatz zu Nordamerika, wo im Juni unter anderen die
Millionenmetropolen der Ostküste tagelang unter einer Rauchglocke lagen
und Feinstaubalarm herrschte, stellt der Rauch aus Nordamerika in Europa
zur Zeit keine Gesundheitsgefahr dar. Der Rauch schwebt in großen Höhen
und ist inzwischen stark verdünnt. Aber er beeinflusst die Atmosphäre und
das Klima: Zum einen wird die Sonnenstrahlung an den Partikeln gestreut
und das Licht so leicht gedimmt. Ähnlich wie bei Saharastaub kann der
Himmel ebenfalls leicht getrübt aussehen. Außerdem könnte der Rauch die
Wolkenbildung in höheren Schichten der Atmosphäre beeinflussen. Zumindest
deuten jüngste Forschungsergebnisse darauf hin: Während der MOSAiC-
Expedition in der Arktis 2020 konnten TROPOS-Forschende ungewöhnlich viel
Rauch in der Atmosphäre um den Nordpol messen und die Bildung von
Zirruswolken beobachten. Eine aktuelle Studie aus Zypern zeigt, dass
Rauchpartikel unter bestimmten Voraussetzungen als Nukleationskeime für
die Bildung von Eiskristallen wirken können. Dazu hatten die Forschenden
des Eratosthenes Centre of Excellence, der Cyprus University of Technology
und des TROPOS Daten aus Limassol vom Herbst 2020 ausgewertet als der
Rauch starker Waldbrände aus Nordamerika bis ans Mittelmeer von Portugal
bis nach Zypern transportiert wurde. Die Messungen damals lieferten
deutliche Hinweise, dass gealterte Rauchpartikel bei rund -50°C die
Eisbildung am Übergang zwischen der feuchten Troposphäre und der trockenen
Stratosphäre auslösten und so zur Bildung von Eiswolken führten.
„Auch unsere aktuellen Beobachtungen über Leipzig zeigen Hinweise auf
einen solchen Zusammenhang. Bei mehreren Messungen in den letzten Wochen
konnten wir in 10-12 km Höhe sowohl Rauchschichten als auch an deren
Unterkante und/oder direkt darunter Eiswolken (sogenannte Zirren)
beobachten. Solche Rauch-Schichten in starker Präsenz von Zirruswolken
wurden nicht nur in Leipzig, sondern auch an verschiedenen Stationen in
Europa beobachtet: Von Südwesten in Evora (Portugal), über Warschau
(Polen) bis Kuopio (Finnland) im Nordosten. Sollte der Rauch für mehr
Wolken sorgen, könnte dies einen neuen Wirkungspfad für Klimaveränderungen
bedeuten. Da Wolken, je nach ihren optischen Dicken und anderen
Eigenschaften, eine kühlende oder wärmende Wirkung haben können, könnten
sich somit häufigere und stärkere Waldbrände entsprechend auf den
atmosphärischen Strahlungshaushalt auswirken. Dieses Potential motiviert
uns, dieses Zusammenspiel von Waldbrandrauch und Wolkenbildung weiter zu
untersuchen“, sagt Benedikt Gast vom TROPOS.
Durch den Klimawandel nehmen Anzahl und Intensität von Waldbränden zu und
damit auch die Mengen an Aerosol, die bei der Verbrennung von Biomasse in
die Atmosphäre freigesetzt werden. Diese Aerosolpartikel können nicht nur
in der Troposphäre verteilt werden, sondern sogar die darüber gelegene
Stratosphäre erreichen und den Strahlungshaushalt der Erde sowie die
Wolkenbedeckung über lange Zeiträume und große Gebiete hinweg
beeinflussen. „Seit Beginn der Waldbrandsaison 2023 auf der Nordhalbkugel
haben wir Rauch in fast jeder Schicht der Atmosphäre gesehen, auch in der
unteren Stratosphäre. Aus Sicht der Atmosphärenforschung ist das ein
beunruhigender Trend: Die Klimaerwärmung scheint nicht nur dafür zu
sorgen, dass die großen Wälder am Rande des Polarkreises immer häufiger
und stärker brennen. Sie verändert auch unsere Atmosphäre signifikant und
beeinflusst wiederum das Klima. Dazu kommt, dass vieles dafür spricht,
dass der Rauch auch die Ozonschicht angreift und damit ein
Gesundheitsrisiko für Millionen Menschen darstellt“, erklärt Dr. Albert
Ansmann vom TROPOS.
Um die Auswirkungen von Aerosolen auf das Klima vollständig zu verstehen
und zu quantifizieren, ist eine genaue Aerosoltypisierung von
entscheidender Bedeutung. Multiwellenlängen-Polarisation
TROPOS an verschiedenen Standorten betreibt, sind dabei sehr
leistungsfähige Instrumente zur Erkennung und Klassifizierung von Aerosol
mit Parametern wie dem Lidarverhältnis, dem Depolarisationsverhältnis und
dem Ångström-Exponenten. Allerdings war es bisher schwierig,
stratosphärischen Rauch von vulkanischem Sulfataerosol zu unterscheiden.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Fluoreszenzlidar-Technik ein
großes Potential zur Verbesserung der Aerosolklassifizierung hat, weil
damit ein weiterer Parameter zur Verfügung steht – die so genannte
Fluoreszenzkapazität (Verhältnis von Fluoreszenz-Rückstreuung zu
elastischen Rückstreukoeffizienten). Die Forschenden haben deshalb ihren
großen, stationären Atmosphärenlaser am TROPOS in Leipzig erweitert: Das
„Multiwavelength Atmospheric Raman Lidar for Temperature, Humidity, and
Aerosol Profiling“ (MARTHA) erhielt im August 2022 einen zusätzlichen
Empfangskanal, der die Fluoreszenz-Rückstreuung im Spektralbereich von 444
- 488 Nanometer messen kann. Die Erfahrung mit der neuen Technik zeigt,
dass das Fluoreszenzlidar nicht nur großes Potential für die
Aerosoltypisierung hat, sondern auch, um Rauchschichten überhaupt zu
finden. „Da der neue Kanal nur sensitiv für Partikelstreuung ist, ist er
perfekt geeignet für Aerosol-Profiling. Das haben mehrere Fälle bereits
bewiesen. Fluoreszenz ist wie ein Fernglas für das Lidar“, berichtet Dr.
Cristofer Jimenez vom TROPOS. „Besonders bei niedrigen Aerosol-
Konzentrationen kann ein Fluoreszenzlidar interessante und ganz neue
Ergebnisse ermöglichen. Von dieser Technik ist noch viel zu erwarten.”
Ein leistungsstärkerer Laser, mit dem auch noch höhere Schichten der
Atmosphäre und geringere Konzentrationen untersucht werden können, soll in
den nächsten Monaten folgen. Sowohl die Station in Leipzig als auch die in
Limassol gehören zu PollyNet, einem Netzwerk von Lidaren, die mit
Laserstrahlen die Atmosphäre vom Boden aus erforschen. Es ist Teil der
Europäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS, die Aerosole, Wolken und
Spurengase untersucht.
Publikationen:
Mamouri, R.-E., Ansmann, A., Ohneiser, K., Knopf, D. A., Nisantzi, A.,
Bühl, J., Engelmann, R., Skupin, A., Seifert, P., Baars, H., Ene, D.,
Wandinger, U., and Hadjimitsis, D.: Wildfire smoke triggers cirrus
formation: Lidar observations over the Eastern Mediterranean (Cyprus),
EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusph
Die Untersuchungen wurde gefördert von der Europäischen Union (Horizont
2020, No. 385 857510 (EXCELSIOR), von der Regierung der Republik Zypern,
der Europäischen Union (Horizont 2020, No. 654109 und No. 739530
(ACTRIS)), dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) (FKZ
01LK1603A (PoLiCyTa)), Norwegen & Zypern (Prot. Nr.: LOCALDEV-0008
(ACCEPT)) sowie dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
(FKZ 03F0915A (SCiAMO)).
Floutsi, A. A., Baars, H., Engelmann, R., Althausen, D., Ansmann, A.,
Bohlmann, S., Heese, B., Hofer, J., Kanitz, T., Haarig, M., Ohneiser, K.,
Radenz, M., Seifert, P., Skupin, A., Yin, Z., Abdullaev, S. F., Komppula,
M., Filioglou, M., Giannakaki, E., Stachlewska, I. S., Janicka, L.,
Bortoli, D., Marinou, E., Amiridis, V., Gialitaki, A., Mamouri, R.-E.,
Barja, B., and Wandinger, U.: DeLiAn – a growing collection of
depolarization ratio, lidar ratio and Ångström exponent for different
aerosol types and mixtures from ground-based lidar observations, Atmos.
Meas. Tech., 16, 2353–2379, https://doi.org/10.5194/amt-16
May 2023.
Die Untersuchungen wurde gefördert von der Europäischen Union (FP7/ grant
no. 262 254 (ACTRIS); Horizon 2020/ no. 654109 (ACTRIS-2); FP6/ no. 036
833-2 (EUCAARI); FP7/ no. 316210 (BEYOND), FP7/ no. 603445 (BACCHUS),
Horizon 2020/ no. 857510 (EXCELSIOR)), dem Bundesministerium für Bildung
und Forschung (BMBF) (FKZ 01DK14014 (CADEX), PollyXT-CYP), der Leibniz-
Gemeinschaft (PAKT (OCEANET), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
(“Megacities–Megachallenge – Informal Dynamics of Global Change” (SPP
1233), no. FOR 539 (SAMUN)), der Foundation of Science and Technology of
Poland (FNiTP) (no. 519/FNITP/115/2010), dem National Science Centre of
Poland (NCN) (no. 2020/38/L/ST10/00480 (DAINA-2)), dem European Research
Council (grant no. 640458 (A-LIFE), no. 725698 (D-TECT)), dem
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) (no. 50EE1721C
(EVVA)), dem National Fund for Scientific and Technological Development of
Chile (FONDECYT) (no. 11181335), dem Portuguese national funds through FCT
(Fundação para a Ciência e Tecnologia, I.P.) (UIDB/04683/2020,
UIDP/04683/2020), dem Narodowe Centrum Nauki Poland (no.
2020/38/L/ST10/00480) und dem Research Council of Lithuania (Lietuvos
mokslo taryba) (no. S-LL-21-7).
Veselovskii, I., Hu, Q., Ansmann, A., Goloub, P., Podvin, T., and
Korenskiy, M.: Fluorescence lidar observations of wildfire smoke inside
cirrus: a contribution to smoke–cirrus interaction research, Atmos. Chem.
Phys., 22, 5209–5221, https://doi.org/10.5194/acp-22
Die Untersuchungen wurde gefördert von der Agence Nationale de la
Recherche (grant no. ANR-11-LABX-0005-01), dem European Regional
Development Fund (FEDER), dem “Hauts de France” Regional Council (project
CLIMIBIO) und der Russian Science Foundation (project 21-17-00114).
Weitere Infos:
Benedikt Gast/ Dr. Cristofer Jimenez/ Dr. Albert Ansmann
TROPOS-Abteilung Abteilung „Fernerkundung atmosphärischer Prozesse“
Tel. +49-341-2717-7462, -7331, -7064
https://www.tropos.de/institut
https://www.tropos.de/institut
und
Prof. Dr. Andreas Macke
Direktor des TROPOS
Tel. +49-341-2717-7060
http://www.tropos.de/institut/
oder
Tilo Arnhold, TROPOS-Öffentlichkeitsarbeit
Tel. +49-341-2717-7189
http://www.tropos.de/aktuelles
Links:
Aktuelle Meldungen:
Smoke from the Canadian wildfires has been observed at 9km, and it
descended until it reached a height of 6km over #Limassol. Clearly visible
at @ERATOSTHENESCoE PollyXT observations on the 17th and 18th of June
2023.
https://twitter.com/excelsior2
Wildfire smoke in North America could be creating clouds over Europe (New
Scientist, 16.06.23):
https://www.newscientist.com/a
america-could-be-creating-clou
Wildfire smoke travelling as far as Europe (BBC; 08.06.23):
https://www.bbc.com/news/live/
Frühere Pressemitteilungen:
Rauch der Black-Summer-Waldbrände in Australien beeinflusste über
eineinhalb Jahre Klima und Höhenwinde der Südhalbkugel (Pressemitteilung,
06.09.2022):
https://www.tropos.de/aktuelle
black-summer-waldbraende-in-au
jahre-klima-und-hoehenwinde-de
Kalifornischer Rauch zog im Herbst 2020 bis nach Mitteleuropa und sorgte
für starke Trübung der Sonne (Pressemitteilung, 01.06.2021):
https://www.tropos.de/aktuelle
rauch-zog-im-herbst-2020-bis-n
truebung-der-sonne
Rauch von US-Waldbränden zieht über Deutschland (Kurzmeldung, aktualisiert
am 14.09.2020):
https://www.tropos.de/aktuelle
Rauch aus Australien: Waldbrände aus Australien in Chile zu spüren
(Kurzmeldung, 06.01.2020):
https://www.tropos.de/aktuelle
aus-australien
Rauch von kanadischen Waldbränden bis nach Europa transportiert
(Pressemitteilung, 24.08.2017)
https://www.tropos.de/aktuelle
kanadischen-waldbraenden-bis-n
aktuelle Daten:
Lidar-Netzwerk PollyNet
https://polly.tropos.de/
NASA-Satellitendaten:
https://firms.modaps.eosdis.na
Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist Mitglied der
Leibniz-Gemeinschaft, die 97 selbständige Forschungseinrichtungen
verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und
Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften
bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich
gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen.
Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den
übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten
wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte
Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im
Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und
informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit.
Leibniz-Einrichtungen pflegen enge Kooperationen mit den Hochschulen -
u.a. in Form der Leibniz-WissenschaftsCampi, mit der Industrie und anderen
Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem transparenten und
unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen
Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft
gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 20.500 Personen,
darunter 11.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.
Der Gesamtetat der Institute liegt bei mehr als 1,9 Milliarden Euro.
Finanziert werden sie von Bund und Ländern gemeinsam. Die
Grundfinanzierung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS)
wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem
Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) getragen.
Das Institut wird mitfinanziert aus Steuermitteln auf Grundlage des vom
Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.
http://www.leibniz-gemeinschaf
https://www.bmbf.de/
https://www.smwk.sachsen.de/
