Partikel und Klima

Partikel und Klima

Im Basis-Teil von 'Wolken und Klima' haben wir gesehen, dass Wolken einen Einfluss auf unser Klima haben. Zum einen senden sie einen Teil der Strahlung, die von der Sonne auf die Erde fällt, zurück in den Weltraum (etwa 30% des Sonnenlichtes wird reflektiert). Zum anderen halten sie die von der Erdoberfläche ausgestrahlte infrarote Energie zurück und erhalten der Erde damit einen Teil der freigesetzten Wärme

Welche Rolle aber spielen Partikel im Klimasystem? Verändern sie in Abwesenheit von Wolken die Menge an Licht, die den Erdboden erreicht? Wenn sie die Wolkenbildung ermöglichen, haben sie einen Einfluss darauf, wie sich die Wolke selbst auf das Klima auswirkt?

Direkter Einfluss der Partikel auf das Klima

Partikel streuen und absorbieren Licht. Daher verändern sie die Sichtbarkeit. Dieser Vorgang hat aber auch einen Einfluss auf das Klima, da Aerosole die Menge an Sonnenenergie reduzieren können, die den Erdboden erreicht.

Im Jahr 1783 ereignete sich in Island ein starker Vulkanausbruch. Der berühmte Wissenschaftler Benjamin Franklin beobachtete eine 'trockene Wolke' über Frankreich und stellte die Hypothese auf, dass mit dieser trockenen Wolke ein strenger Winter in Europa verbunden sein wird. Eine Lupe, so sagte er, würde nicht mehr ausreichen, um Papier in Brand zu setzen. Franklin vermutete, dass die Menge an Sonnenenergie, die den Boden erreicht, nach dem Vulkanausbruch reduziert sein würde.

1. Der amerikanische Wissenschaftler Benjamin Franklin (1706  - 1790). Quelle: www.nps.org

In ähnlicher Weise spekuliert man über das Aussterben der Dinosaurier als Folge eines schweren Meteoriteneinschlages vor etwa 60 Millionen Jahren. Die massive Kollision entließ so riesige Mengen an Aerosol in die Atmosphäre, dass die Sonne für mehrere Monate lang stark getrübt war. Die Folge war eine starke Abkühlung an der Erdoberfläche.

Modellrechnungen und Beobachtungen nach Ausbruch des Mount Pinatubo haben gezeigt, dass die globale Durchschnittstemperatur auf der Erde um etwa 0,5°C gefallen ist. Der direkte Einfluss von Partikeln auf das Klima, d.h die Streuung von Sonnenstrahlung, führt somit zu einer weltweiten Abkühlung.

Der menschliche Einfluss auf den direkten Aerosoleffekt

Durch ihre zahlreichen Aktivitäten (Industrie, Verbrennung fossiler Energieträger, Kraftverkehr, Brandrodung, ...) setzen Menschen große Mengen an Partikeln frei. So erstreckt sich über Südasien eine drei Kilometer starke Decke von Verschmutzungen, die als Asiens brauner Dunst (Asian Brown Haze) bezeichnet wird. Sie verändert das Wetter und gefährdet die Gesundheit hunderttausender Menschen.

Diese Masse an Aerosol reduziert das Sonnenlicht und die mit ihm auf die Erde fallende Sonnenenergie um 10 bis 15 Prozent.

Aerosole haben aber auch noch einen indirekten Einfluss auf das Klima und unsere Erde wird noch mehr von menschlicher Aktivität zu hören bekommen.

2. Dunst über China. Der Dunst ist das Ergebnis von Waldbränden, der Verbrennung von landwirtschaftlichen Abfällen, einem sehr starken Anstieg der Verbrennung fossiler Energieträger in Kraftfahrzeugen, Industrien und Stromkraftwerken. Hinzu kommen die Emissionen von Millionen nicht effizient arbeitender Kochgeräte, die z.T. auf der Basis von Holz, Kuhdung oder anderen biologischen Brennstoffen beruhen. Quelle: UNEP, NASA

Indirekter Aerosoleffekt - indirekter Einfluss von Partikeln auf das Klima

Als indirekten Klimaantrieb (engl.: indirect forcing) bezeichnen wir alle Prozesse, durch die das Aerosol die Strahlungsbilanz der Erdatmosphäre stört, indem es die Albedo der Wolken und den Grad der Bewölkung verändert. Indirekte Beeinflussungen des Klimas durch Aerosol sind weit schwieriger zu erfassen, als direkte. Sie schließen Zusammenhänge zwischen Aerosoleigenschaften und Charakteristika der Wolken ein.
Eine Veränderung in Anzahl und Größe der Partikel führt zu einer Änderung in der Konzentration der Wolkenkondensationskeime (CCN). Diese wiederum verändern Dichte und Größe der Wolkentropfen, welche schließlich die Albedo verändern.

Menschlicher Einfluss auf den indirekten Aerosoleffekt

Menschliche Emissionen produzieren eine größere Menge an kleinen Partikeln. Von daher nehmen wir an, dass anthropogenes Aerosol zwei Haupteinflüsse auf die Wolkeneigenschaften hat:
Zum einen führt die erhöhte Anzahl an CCN zu einer größeren Anzahl kleiner Wolkentröpfchen. Die Streuung in den Wolken wird erhöht und damit die Albedo der Wolke.
Zum zweiten wird, da die Tropfen kleiner sind, die Wahrscheinlichkeit für ein Ausregnen der Wolke gesenkt. Hiermit erhöht sich die Lebensdauer der Wolke und die durchschnittliche Bewölkung über der Erde.

Beide Effekte reduzieren die Menge an Sonnenlicht, die von der Erde absorbiert wird und tragen damit zu einer globalen Abkühlung bei.

Bild 3 zeigt den indirekten Aerosoleffekt: Verschmutzte Wolken schicken mehr Sonnenstrahlung zurück in den Weltraum. Regen wird durch die kleinen Tröpfchen in den Wolken unterbunden.

3. Menschlicher Einfluss auf den indirekten Aerosoleffekt. Autor: J. Gourdeau.

Es bleiben jedoch noch viele Unsicherheiten in der Abschätzung des indirekten Aerosoleffektes, denn der Weg vom Partikel zur Albedo der Wolken ist komplex. In jedem Fall aber spielen Partikel durch diese direkten und indirekten Effekte eine nicht unwesentliche Rolle im Strahlungshaushalt unseres Planeten.

Last modified: Tuesday, 18 September 2018, 11:50 PM