Unzählige in der Luft schwebende Partikel beschäftigen derzeit die Gemeinde der Klimaforscher.
Bisher galt: Schwebstoffe reflektieren das Sonnenlicht und kühlen die Atmosphäre ab, wirken also dem Treibhauseffekt entgegen. Doch jetzt wird immer klarer: So einfach ist das nicht. Denn so verschieden die Partikel, so unterschiedlich auch ihre Wirkung. Ruß z.B. schluckt das Sonnenlicht und wirkt wie ein Treibhausgas, heller Staub dagegen kann das Sonnenlicht ins Weltall zurückstrahlen. Atmosphärenforscher am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz wollen die Auswirkung von Schwebstoffen auf das Klima genauer untersuchen. Eines ihrer Ziele: brennende Wälder in Südamerika und Asien. Mit ihrem Forschungsflugzeug fliegen sie durch die Abgaswolken und untersuchen, wie Partikel aus Ruß, Schwefelsäure oder Stickoxiden sich ausbreiten. Ihre Messungen werden ergänzt durch ein weitgefächertes Messnetz auf Schiffen und LKW. Dazu unter anderem: Laboranalysen im Verbrennungsofen und Untersuchungen mit einem Windkanal, unterstützt von Satellitenbildern. Neueste Erkenntnisse der Forscher: Selbst Schadstoffwolken aus China können das regionale Klima in Mitteleuropa noch beeinflussen. Kondensstreifen sind durch Flugzeuge verursachte künstliche Eiswolken in etwa 10 bis 13 km Höhe. Sie werden auf Satellitenbildern häufig - wie die natürlichen Eiswolken (Zirren) auch - durch ihre große Helligkeit und geringe Temperatur erkennbar. Von den natürlichen Zirren unterscheiden sich die Kondensstreifen im Satellitenbild vor allem durch ihre meist lineare Ausrichtung parallel zu Flugstraßen. Warum treten Kondensstreifen auf? In der Reiseflughöhe von 10 bis 13 km ist die Umgebungstemperatur mit -40°C bis -70°C sehr niedrig. Die Temperatur nimmt gewöhnlich vom Erdboden bis in diese Höhe ab, um darüber wieder anzusteigen. Dieses Temperaturminimum kennzeichnet den Übergang zwischen Troposphäre und der darüber liegenden Stratosphäre, die so genannte Tropopause. Der maximal mögliche Feuchtegehalt der Atmosphäre (jenseits dessen Kondensation und Wolkenbildung auftreten) wird mit abnehmender Temperatur sehr klein. 100% relative Feuchte in der Nähe der Tropopause entsprechen nur etwa ein Tausendstel der Wasserdampfdichte am Boden. Die meisten anderen Gase nehmen dagegen mit der Höhe sehr viel langsamer ab. So beträgt die Dichte von Sauerstoff oder Kohlendioxid in Tropopausennähe immer noch etwa ein Drittel des bodennahen Wertes.
Die Verbrennung von 1 kg Kerosin in der Flugzeugturbine erzeugt 1,25 kg Wasserdampf und 3 kg Kohlendioxid, sowie Stickoxide und Russ. Während die zusätzliche Menge an Wasserdampf in Bodennähe gegenüber der natürlichen Menge unerheblich ist, führt sie nahe der Tropopause häufig unmittelbar hinter dem Flugzeug zu Kondensation. Diese Bildung von Kondensstreifen wird um so wahrscheinlicher, je geringer die Temperatur der Umgebungsluft ist. Ist aber die relative Feuchte der Umgebungsluft im Flugniveau klein, so können sich einmal entstandene Kondensstreifen nicht lange halten, da sie bei der Vermischung mit der Umgebungsluft verdunsten. Liegt die Umgebungsfeuchte dagegen über dem für die Eisbildung nötigen Wert, so können die in den Kondensstreifen gebildeten Eisteilchen auch lange überleben. Solche Eiswolken breiten sich dann aus, bedecken große Gebiete und können für Stunden oder Tage sichtbar bleiben. Die Sichtbarkeit von Kondensstreifen, aber auch ihr Klimaeinfluss, hängen wesentlich von ihren optischen Eigenschaften ab. Diese sind durch Anzahl, Größe und Form der Eisteilchen bestimmt. Zwei gegenläufige Effekte spielen hierbei eine Rolle: Im solaren Spektralbereich wirken die Eiswolken wegen der Reflexion von Sonnenstrahlung in den Weltraum abkühlend. Im langwelligen Spektralbereich wirken sie hingegen erwärmend, da aufgrund der niedrigen Temperaturen an der Tropopause die Abstrahlung der Erde in den Weltraum reduziert wird. Der resultierende Nettoeffekt ist zunächst ungewiss, da die Konkurrenz zwischen Rückstreuung von Sonnenenergie und verminderter infraroten Wärmeabstrahlung von verschiedenen Faktoren wie Höhe, Dicke und Eigenschaften der Wolkenteilchen abhängt. Wegen ihrer geringen optischen Dicke werden sie jedoch meistens den zusätzlichen Treibhauseffekt verstärken. Bis heute ist nicht endgültig geklärt, ob sich Kondensstreifen in dieser Hinsicht erheblich von natürlichen Zirren unterscheiden. Immerhin bilden sich ja im Abgasstrahl der Flugzeugturbine vermehrt Kondensationskeime, an denen sich der Wasserdampf des Abgasstrahles zu Tröpfchen anlagern kann, die bei der anschließenden Abkühlung gefrieren. Damit wird die Zunahme dünner Zirrusbewölkung und deren Einfluss auf den Energiehaushalt der Erde begünstigt.
Für einen möglichen Einfluss auf das Klima ist die Erhöhung des Bedeckungsgrades mit Eiswolken durch Kondensstreifen besonders wichtig. Die Auswertung von Satelliten- und anderen Beobachtungsdaten ergibt regional zeitweilig eine erhebliche Zunahme des Bedeckungsgrades durch langlebige, aus Kondensstreifen entstandene Eiswolken. Über Mitteleuropa und der transatlantischen Flugstraße wird dafür eine durchschnittliche Bedeckung von etwa 0.5% gefunden, außerhalb der Hauptflugstraßen sind die Zuwächse noch kleiner. Im Vergleich zu einem durchschnittlichen Bedeckungsrad von etwa 20% durch natürliche Eiswolken liefert diese gegenwärtig geringe Zunahme der Bewölkung in Klimamodellsimulationen auch nur einen unerheblichen Beitrag zum Treibhauseffekt von 0.05°C. Aber Forscher warnen: Ihre Simulationen zeigen, dass bei einer Verzehnfachung der zusätzlichen Bedeckung durchaus ein erheblicher Beitrag zu Klimaänderungen zu erwarten ist. Vor dem Hintergrund der erwarteten raschen Zunahme des Flugverkehrs ist eine Besorgnis erregende Entwicklung in den kommenden Jahrzehnten daher durchaus nicht auszuschließen. Nach Auflösung der Kondensstreifen durch Verdunstung haben die zusätzlichen Kondensationskeime vermutlich noch einen weiteren Einfluss auf den Treibhauseffekt: Die Zahl der Eiskeime in Tropopausenhöhe allgemein könnte so stark steigen, dass die spätere Bildung weiterer Zirren erleichtert würde. Da man diese dann aber nicht mehr unmittelbar der Flugzeugemission zuordnen kann, entziehen sie sich der Untersuchung. Die vermehrte Beobachtung natürlicher Zirren in den letzten Jahrzehnten deutet allerdings auf einen solchen Einfluss hin.
