A8 Aerosol- und Zusammensetzungsanomalien

Thema

Aerosol- und Atmosphärenzusammensetzungsanomalien sind Episoden, in denen die Konzentration von Partikeln oder reaktiven Gasen in der Atmosphäre drastisch über die üblichen Hintergrundwerte ansteigt. Dies hat Auswirkungen auf die Strahlungsbilanz des Planeten, die Wolkenbildung, den Niederschlag, die menschliche Gesundheit und Ökosysteme. Vier verschiedene Quellen verursachen diese Aerosol- und Atmosphärenzusammensetzungsanomalien: explosive Vulkanausbrüche, die Gase und Asche direkt in die Stratosphäre schleudern; Saharastaubstürme, die enorme Mengen an Mineralstaub über den Atlantik transportieren; großflächige Waldbrände, deren intensivste Rauchwolken ebenfalls die Stratosphäre erreichen können; und extreme Smogereignisse, die sich über Megastädten konzentrieren.

Von diesen vier Quellen haben explosive Vulkanausbrüche, die die Stratosphäre erreichen, die größten klimatischen Auswirkungen: Das bei dem Ausbruch freigesetzte Schwefeldioxid oxidiert in der Stratosphäre zu Schwefelsäure, die wiederum Sulfataerosole bildet. Diese Sulfataerosole streuen die Sonnenstrahlung, bevor sie die Erdoberfläche erreicht. Je mehr Sulfataerosole sich in der Stratosphäre ansammeln, desto stärker ist die globale Abkühlung durch diese Streuung. Der Ausbruch des Mount Pinatubo im Jahr 1991 ist das am besten dokumentierte Beispiel für diesen Mechanismus: Er erzeugte einen negativen Strahlungsantrieb von etwa drei Watt pro Quadratmeter, der ein bis zwei Jahre anhielt und die Erde im Durchschnitt um etwa ein halbes Grad abkühlte. Großflächige Waldbrände können einen ähnlichen Effekt hervorrufen, wenn ihre intensivsten Rauchwolken zu pyrogenen Konvektionswolken werden, die Rauch in die unteren Schichten der Stratosphäre in 15 bis 20 Kilometern Höhe transportieren, wo dieser mehrere Monate bis Jahre verbleiben kann.

Saharastaubstürme, die zweite Quelle, transportieren jährlich zwischen 500 Millionen und einer Milliarde Tonnen Mineralstaub aus der Sahara in den tropischen Atlantik, die Karibik und das Amazonasbecken. Dieser Mineralstaub hat direkte Strahlungseffekte, da er Sonnenstrahlung ähnlich wie Sulfataerosole vulkanischen Ursprungs streut und absorbiert. Er hat aber auch indirekte Strahlungseffekte, da er als Kondensationskern für Eis wirkt und die Hagelbildung in den durchquerten Wolken fördert. Zusätzlich zu diesen Strahlungseffekten düngt der Mineralstaub die ozeanischen und terrestrischen Ökosysteme entlang seiner Bahnen, da er Eisen und Phosphor transportiert, die diese Ökosysteme benötigen und die sonst knapp sind.

Die vierte Quelle, die extreme Luftverschmutzung durch Megastädte, manifestiert sich vor allem als photochemischer Smog: Die von diesen Megastädten emittierten Stickoxide und flüchtigen organischen Verbindungen reagieren mit Sonnenlicht und produzieren dabei troposphärisches Ozon und sekundäre organische Aerosole – dieselben Aerosole, die später die Gesundheit derjenigen beeinträchtigen, die in den Megastädten die Luft atmen.

Die vier Quellen von Anomalien in der Aerosol- und Atmosphärenzusammensetzung – explosive Vulkanausbrüche, Waldbrände mit ihren pyrogenen Konvektionswolken, Saharastaubstürme und photochemischer Smog aus Megastädten – wirken somit auf dieselben fünf Bereiche zusammen, mit denen diese Beschreibung beginnt: Sie alle verändern die Strahlungsbilanz des Planeten, entweder durch Abkühlung mit Sulfataerosolen und Mineralstaub oder durch lokale Erwärmung mit troposphärischem Ozon; sie alle verändern die Wolkenbildung, entweder durch die Kondensationskerne, die vom Staub bereitgestellt werden, oder durch die sekundären organischen Aerosole im Smog; sie alle beeinflussen letztendlich die Niederschläge; und sie alle hinterlassen Spuren, im Guten wie im Schlechten, auf der menschlichen Gesundheit und auf den Ökosystemen, die ihre Partikel und Gase aufnehmen.

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