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Aerosole: von weltweiter Verdunkelung zu weltweiter Aufhellung

12.02.2010 von

Neben den Emissionen von Treibhausgasen trägt der Mensch auch mit Emissionen von so genannten Aerosolpartikeln zur Klimaänderung bei. Aerosolpartikel, auch Feinstaub genannt, sind feste oder flüssige Schwebeteilchen, die zwischen 3 Nanometern und 10 Mikrometern gross sind. Aerosolpartikel stammen sowohl aus menschengemachten (anthropogenen) als auch aus natürlichen Quellen.

Aerosole gefährden die Gesundheit

Zu den natürlichen Aerosolen gehören Wüstenstaub, Meersalz und Pollen. Diese Aerosole sind die grössten und dominieren den Aerosolgehalt in der Atmosphäre. Kleiner sind Sulfate, Nitrate, organische Verbindungen und Russ. Während Russ nur aus Verbrennungsprozessen stammt (Verbrennung fossiler Brennstoffe und Biomassenverbrennung), entsteht Sulfat zusätzlich bei Vulkanausbrüchen oder als Folgeprodukt beim Absterben von Algen (jeweils durch Oxidation von Schwefeldioxid SO₂). Die kleinen Aerosole sind für die Gesundheit schädlicher, da sie in die Lunge – und die sehr kleinen sogar in die Blutbahn – dringen und zu Herz-Kreislauf-Problemen führen können.

Aerosole versus Treibhausgase

Aerosole haben im Gegensatz zu den Treibhausgasen eine Verweildauer von nur etwa einer Woche in der unteren Atmosphäre, da sie durch Regen und Schnee effizient entfernt werden. Dadurch sind sie räumlich wesentlich heterogener und vor allem nahe der Quellregionen zu finden.

Die meisten Aerosole streuen einen Teil des Sonnenlichts zurück ins Weltall und führen damit zu einer Abkühlung. Zudem ändern sie die Wolkeneigenschaften, da jedes Wolkentröpfchen ein Aerosol braucht, auf dem es kondensieren kann. So führt ein Mehr an Aerosolen zu mehr Wolkentröpfchen, was die Wolken von oben gesehen heller macht und eine erhöhte Reflexion von Sonnenlicht bedeutet.

Über diese beiden Mechanismen wirken Aerosole teilweise dem Treibhauseffekt entgegen. Im Mittel der Jahre 1750-2005 haben sie 45% des Treibhauseffekts der langlebigen Treibhausgase kompensiert.

Zeitliche Entwicklung der Aerosole

Die zeitliche Entwicklung der Aerosolquellen ist eng mit der wirtschaftlichen Entwicklung verbunden, wie in der Abbildung für die SO₂-Emissionen der Schweiz zu sehen ist. Die Emissionen stiegen recht stetig bis zum 1. Weltkrieg an, waren am Ende des 2. Weltkriegs auf einem Minimum, und stiegen dann von 1950 bis 1970 drastisch an. 1970 erkannte man, dass Aerosole gesundheitsschädlich sind, so dass die Emissionen seit 1980 eingeschränkt wurden.

Von weltweiter Verdunkelung (global dimming) zu weltweiter Aufhellung (global brightening)

Mit der Erhöhung der Aerosole aus fossilen Brennstoffen ging eine erhöhte Kühlwirkung der Aerosole einher, was in der Wissenschaft unter dem Namen «global dimming» bekannt ist. Dadurch, dass die Aerosole mehr Sonnenlicht in den Weltraum zurückstreuen, gelangt weniger Sonnenlicht an den Erdboden; es wird also dunkler.

Diese Entwicklung war bis in die 1980er Jahre zu beobachten. Seit die Aerosolquellen aus menschlichen Aktivitäten wieder abnehmen, hat sich diese Entwicklung, zumindest in Europa und Nordamerika, gedreht. Es gelangt also wieder mehr Sonnenlicht an den Erdboden; es wird also wieder heller («global brightening») und auch wärmer. Das heisst, dass wir seit zirka 1990 eine Erwärmung haben einerseits aufgrund einer abnehmenden Anzahl Aerosolen und andererseits aufgrund der Treibhausgase. Und da verwundert es fast nicht, wenn momentan der stärkste Rückgang der Schweizer Gletscher seit 1985 zu beobachten ist (siehe Abbildung).

Zur Autorin

Ulrike Lohmann ist Professorin für Atmosphärenphysik an der ETH Zürich. Persönliches Zitat und Biographie

Weiterführende Literatur:

Trenberth, K. E., P. D. Jones, P. Ambenje, R. Bojariu, D. Easterling, A. Klein Tank, D. Parker, F. Rahimzadeh, J. A. Renwick, M. Rusticucci, B. Soden, and P. Zhai, 2007: Observations: Surface and Atmospheric Climate Change. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller, Ed., Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

Wild, M., H. Gilgen, A. Roesch, A. Ohmura, C. N. Long, E. G. Dutton, B. Forgan, A. Kallis, V. Russak, and A. Tsvetkov, 2005: From dimming to brightening: Decadal changes in solar radiation at Earth’s surface. Science, 308, 847-850.

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Kommentare (2) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

Höhere Meeresspiegel bei niedrigeren CO2-Konzentrationen…

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/327/5967/860

oder…

http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,677067,00.html

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Der Temperaturanstieg von etwa 1°C über Zentraleuropa seit den 80ern geht zum grossen Teil auf das Konto des gleichtzeitig stattfindenden 60%-igen Aerosol-Rückgangs zurück, so sieht es mindestens die folgende Quelle (siehe http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=21139522 ).
Umgekehrt cachieren die Aerosole aus chinesichen Kraftwerken wahrscheinlich den treibausgasbedingten Temperaturanstieg über dem chinesichen Festland.
In Europa und China wurde also bereits – allerdings unbeabsichtigt – kühlendes Geoengineering angewendet. Die kühlende Wirkung von SO2-haltigen Aerosolen wurde auch durch die kurzfristige globale Abkühlung nach dem Pinatuboausbruch 1991 demonstriert.

Geoengineering als Mittel gegen den Klimawandel ist allerdings nicht ohne Probleme und Unwägbarkeiten. So wird der Kühlung mit SO2-Injektionen in die Stratosphäre auch nachgesagt, die Niederschläge zu reduzieren.

Dennoch glaube ich, dass spätere Generationen nicht auf Geoengineering werden verzichten können. Der Vergleich mit früheren Zwischeneiszeiten zeigt nämlich, dass schon bei CO2-Konzentrationen, die mit den heutigen vergleichbar sind, Gletscher und Pole soweit abschmelzen, dass der Meerresspiegel mehrere Meter über dem heutigen liegt. Diese Prozesse scheinen allerdings langsam abzulaufen. Im einfachsten Fall würde eine lokale Kühlung von Grönland mit Aersolen ein weiteres Abschmelzen verhindern. Gegen künstliche Aerosol-Bildung als Geoengineering-Massnahme spricht allerdings der lange Zeitraum über den diese Massnahmen angewendet werden müssen.

Wie sieht unsere Zukunft also aus?
Am wahrscheinlichsten scheint mir ein Szenario, bei dem CO2-Emissionen erst dann massiv eingeschränkt werden, wenn der atm. CO2-Spiegel bereits sehr hoch ist und der Meeresspiegel bedrohlich steigt. Vorübergehend müssen dann wohl Geoengineering-Massnahmen das Abschmelzen stoppen und gleichzeitig wird man CO2 aus der Umgebungsluft filtern und sequestrieren, um dann mit einem Zeithorizont von 100 oder mehr Jahren wieder zu einem klimatischen Zustand wie heute zu gelangen.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 1

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