Staubige Luft

Flugangst ist Bernadett Weinzierl fremd. Als 2010 der Ausbruch des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull den europäischen Flugverkehr für mehrere Tage lahm legte, flog die Physikerin mit ihrem Team mitten in die Aschewolke, um sie zu erforschen. "Vulkanasche kann Flugzeugteile wie Höhen- und Geschwindigkeitsmesser beschädigen oder Kühl-Luftbohrungen in Düsentriebwerken verstopfen, was im schlimmsten Fall zum Ausfall eines oder mehrerer Flugzeugtriebwerke führt", so Weinzierl: "Unsere Messflüge haben damals wichtige Daten zur Verteilung und den Eigenschaften der Vulkanasche über Europa geliefert."

In den Wolken

Nicht über den Wolken, sondern mitten drin liegt die Faszination für die Atmosphärenforscherin. Denn darin befinden sich die Aerosolpartikel, die seit über zwölf Jahren den Forschungsgegenstand von Weinzierl bilden. Ohne Aerosolpartikel gäbe es keine Wolken, denn diese Teilchen, die zwischen wenigen Nanometern bis mehreren Mikrometern groß sind, dienen als Wolken-Kondensationskerne. Zudem beeinflussen sie den Energiehaushalt der Erde, indem sie Strahlung streuen, absorbieren und emittieren. Darüber hinaus beeinträchtigen Aerosolpartikel die Luftqualität und haben Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Generell gilt, dass ungefähr 20 Prozent aller Aerosole, die in der Atmosphäre sind, vom Menschen verursacht sind und der Rest natürlichen Ursprungs ist.

"Unsere Fragen lauten: Was sind die grundlegenden physikalischen und optischen Eigenschaften von Aerosolschichten in der Atmosphäre? Wie verändern sich ihre Eigenschaften während des Ferntransports und welchen Einfluss haben diese Veränderungen auf die Strahlungswirkung der Aerosole?", so Weinzierl, die seit März 2016 eine Professur an der Fakultät für Physik innehat.

Langlebige Aerosole

Im aktuellen ERC-Projekt A-LIFE interessiert sich die Physikerin vor allem für die sogenannten absorbierenden Aerosole: Dazu gehören sowohl der natürliche Mineralstaub in der Atmosphäre, beispielsweise aus der Sahara, aber auch vom Menschen verursachter Ruß. Diese Partikel absorbieren die Sonnenstrahlung, wodurch sich bestimmte Luftschichten erwärmen — mit bisher unklaren Einfluss auf Wetter und Klima, aber auch die Aerosollebenszeit. Aktuelle Luftmessungen der Forscherin in der Karibik zeigen, dass Supermikrometer-Aerosolpartikel viel länger "leben" als bisher angenommen.

"Wir fanden in der Karibik nach mehr als fünf Tagen Transport große Mineralstaubpartikel, die den Atlantik überquert haben – diese Partikel sollten, selbst wenn sie über der Sahara in sechs Kilometern Höhe waren,  nicht mehr als zwei Tage überdauern." Die Hypothese der Forscherin: Die Strahlungsabsorption in diesen Schichten, also die Erwärmung, führt zu Turbulenzen, die einen Teil der großen Partikel wieder nach oben mischen. "Dadurch wird die Lebenszeit der Partikel verlängert und damit ist ihr Einfluss natürlich auch viel größer."

Gute oder schlechte Mischung?

Während CO₂, das als Hauptverursacher des Klimawandels gilt, eine Lebensdauer von mehreren hundert Jahren hat, ist die Lebenszeit von Ruß in der Atmosphäre mit Tagen bis Wochen vergleichsweise kurz. "Trotzdem darf man seinen Einfluss auf das Klima nicht unterschätzen", sagt Weinzierl: "Modellsimulationen deuten an, dass Ruß den zweit- oder drittstärksten Beitrag zur Klimaerwärmung liefern könnte. "Damit steht Ruß aktuell im Fokus politischer Diskussionen mit der Erwartung, dass die Reduktion von Rußemissionen positive Auswirkungen auf das Klima haben könnte. Jedoch sind die Unsicherheiten bei der Bewertung des Nutzens von Rußreduktionen für das Klima hoch. Eine wichtige Frage ist dabei die Zuordnung von Aerosolabsorption zu den verschiedenen natürlichen und vom Menschen verursachten Aerosoltypen und die Rolle von Ruß in Aerosolmischungen."

Was passiert nun genau, wenn sich Ruß mit Saharastaub mischt? Ist diese Luftschicht von den Eigenschaften des Saharastaubs dominiert oder von den Eigenschaften des Rußes? "Das wollen wir im ERC-Projekt herausfinden und zudem die Wechselwirkung zwischen der Absorption von Aerosolen und ihrer Lebenszeit verstehen."

Flugstunden über Zypern

Derzeit laufen im Team von Bernadett Weinzierl die Vorbereitungen für eine groß angelegte Flugzeugmesskampagne über Zypern. "Die Atmosphäre über dem östlichen Mittelmeer ist deshalb interessant, weil sie an verschiedene Wüsten grenzt; gleichzeitig weist die Luft über Zypern auch hohe anthropogene Verschmutzungen auf. Für uns also schöne Staub-Ruß-Vermischungen zum Erforschen", erklärt die Physikerin.

Insgesamt 40 Flugstunden wird die Mission, die für 2017 geplant ist, umfassen – und einen "dicken Batzen" aus dem Fördertopf kosten. Gut angelegtes Geld, meint Bernadett Weinzierl: "Die unzähligen Daten, die wir bei Flugzeugmessungen weltweit sammeln, helfen uns, physikalische Prozesse und Zusammenhänge zu verstehen und Fortschritte auf dem wissenschaftlich, gesellschaftlich und politisch hochaktuellen Zukunftsthema der Aerosol-Klima-Wechselwirkungen zu machen. Denn das Problem des Klimawandels ist global." (td)

Das ERC-Projekt "A-LIFE" (Absorbing aerosol layers in a changing climate: aging, lifetime and dynamics) unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr. Bernadett Weinzierl startete im Oktober 2015 und läuft bis September 2020. Darin untersucht die Physikerin absorbierende Aerosolschichten und die Wechselwirkung zwischen der Absorption von Aerosolen und ihrer Lebenszeit.