Klima-FAQ 7.2 | Aerosole

Wie beeinflussen Aerosole das Klima und den Klimawandel?

Atmosphärische Aerosole bestehen, anders als die größeren Wolken- und Niederschlagspartikel, aus kleinen flüssigen oder festen Schwebeteilchen in der Atmosphäre. Sie stammen aus natürlichen und anthropogenen Quellen und können das Klima durch ihre Wechselwirkungen mit Strahlung und Wolken auf vielfache und komplexe Weise beeinflussen. Insgesamt zeigen Modelle und Beobachtungen, dass an thropogene Aerosole seit vorindustriellen Zeiten einen kühlenden Einfluss auf die Erde ausgeübt haben. Dies hat einen Teil der durch Treibhausgase bedingten globalen Erwärmung überlagert, die im Fall ihrer Abwesenheit aufgetreten wäre. Die projizierte zukünftige Abnahme der Emissionen anthropogener Aerosole als Ergebnis von Luftreinhaltungsmaßnahmen würde diese Erwärmung schließlich hervor treten lassen.

Atmosphärische Aerosole haben in der Troposphäre eine übliche Verweilzeit zwischen einem Tag und zwei Wochen und in der Stratosphäre von ungefähr einem Jahr. Sie haben sehr unterschiedliche Größen, chemische Zusammensetzungen und Formen. Einige Aerosole, wie beispielsweise Staub und Gischt, sind größtenteils oder vollständig natürlichen Ursprungs, während andere Aerosole, wie beispielsweise Sulfate und Rauch, sowohl aus natürlichen als auch aus anthropogenen Quellen stammen.

Aerosole beeinflussen das Klima auf vielerlei Weise. Erstens streuen und absorbieren sie die Sonneneinstrahlung, wodurch die Strahlungsbilanz der Erde geändert wird (siehe FAQ 7.2, Abbildung 1). Im Allgemeinen lässt die Streuung durch Aerosole den Planeten stärker reflektieren und neigt dazu, das Klima abzukühlen, während die Absorption durch Aerosole den gegenteiligen Effekt hat und das Klimasystem eher erwärmt. Die Bilanz aus Kühlung und Erwärmung hängt von den Aerosoleigenschaften und den Umweltbedingungen ab. Viele Beobachtungsstudien haben die lokalen Strahlungseffekte anthropogener und natürlicher Aerosole quantifiziert, aber um ihren globalen Einfluss zu bestimmen, benötigt man Satellitendaten und Modelle. Eine der verbleibenden Unsicherheiten geht von Ruß aus, einem absorbierenden Aerosol, das nicht nur schwieriger zu erfassen ist als streuende Aerosole, sondern auch eine komplexe Reaktion der Wolken hervorruft. Die meisten Untersuchungen aber stimmen darin überein, dass der Strahlungseffekt der anthropogenen Aerosole insgesamt den Planeten abkühlt.

FAQ 7.2, Abbildung 1 | Quelle: IPCC 2014

FAQ 7.2, Abbildung 1 | Überblick über die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Sonneneinstrahlung sowie ihren Einfluss auf das Klima. Die linken Tafeln zeigen die unmittelbaren Strahlungseffekte von Aerosolen, während die Tafeln rechts ihre gesamte Auswirkung nach der Reaktion des Klimasystems auf ihre Strahlungseffekte veranschaulichen.

Aerosole dienen auch als Kondensations- und Eiskeime, an denen sich Wolkentröpfchen und Eispartikel bilden können (siehe FAQ 7.2, Abbildung 2). Unter dem Einfluss von mehr Aerosolpartikeln tendieren Wolken aus flüssigen Wassertröpfchen dazu, mehr, aber kleinere Wassertröpfchen aufzuweisen, was dazu führt, dass solche Wolken mehr Sonneneinstrahlung reflektieren. Es gibt allerdings viele weitere Pfade für Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen, besonders in Eiswolken oder gemischten Flüssigwasser-Eis-Wolken, wo die Phasenänderungen zwischen Flüssig- und Eiswasser sensitiv gegenüber den Aerosolkonzentrationen und -eigenschaften sind. Die Anfangsvermutung, dass ein Anstieg der Aerosolkonzentration auch die Menge an tiefen Wolken ansteigen lässt, wurde in Zweifel gezogen, da etliche Gegenprozesse ins Spiel kommen. Den Gesamteinfluss von Aerosolen auf Wolkenmengen und Wolkeneigenschaften zu quantifizieren, ist verständlicherweise schwierig. Die verfügbaren Studien, die auf Klimamodellen und Satellitenbeobachtungen beruhen, zeigen grundsätzlich, dass die Nettowirkung anthropogener Aerosole auf Wolken in einer Kühlung des Klimasystems besteht.

Da Aerosole in der Atmosphäre ungleich verteilt sind, können sie das Klimasystem in Mustern erwärmen und kühlen, die Änderungen des Wettergeschehens auslösen können. Diese Effekte sind komplex und mit den gegenwärtigen Modellen schwierig zu simulieren, aber mehrere Studien weisen auf signifikante Auswirkungen auf den Niederschlag in bestimmten Regionen hin.

Aufgrund ihrer kurzen Verweildauer haben die Menge an Aerosolen – und ihre klimatischen Effekte – im Laufe der Zeit geschwankt, in grober Übereinstimmung mit den anthropogenen Aerosolemissionen und ihren gasförmigen Vorläufern, wie beispielsweise Schwefeldioxid (SO2) und einigen flüchtigen organischen Verbindungen. Da die anthropogenen Aerosolemissionen im Laufe des Industriezeitalters wesentlich zugenommen haben, hat dies teilweise der Erwärmung entgegengewirkt, die sonst aufgrund gestiegener Konzentrationen gut durchmischter Treibhausgase stattgefunden hätte. Aerosole aus großen Vulkanausbrüchen, die in die Stratosphäre gelangen, wie beispielsweise die des El Chichón und des Pinatubo, haben ebenfalls zu Abkühlungsphasen geführt, die normalerweise ein bis zwei Jahre andauern.

Während der letzten beiden Jahrzehnte haben die anthropogenen Aerosolemissionen in einigen Industrieländern abgenommen, wohingegen sie in vielen Entwicklungsländern zugenommen haben. Daher wird angenommen, dass der Einfluss von Aerosolen auf die mittlere globale Erdoberflächentemperatur in dieser speziellen Zeitspanne eher klein war. Es wird allerdings projiziert, dass die Emissionen anthropogener Aerosole durch Luftreinhaltungsmaßnahmen letztendlich abnehmen werden, was ihren kühlenden Einfluss auf die Erdoberfläche mindern und dadurch zu einem Anstieg der Erwärmung führen würde.

FAQ 7.2, Abbildung 2 | Quelle: IPCC 2014

FAQ 7.2, Abbildung 2 | Überblick über die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Wolken sowie ihren Einfluss auf das Klima. Tafel (a) zeigt eine saubere und Tafel (b) eine verschmutzte tiefe Wolke.

 

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Diese deutsche Übersetzung sollte zitiert werden als:

IPCC 2014: Klimaänderung 2013: Naturwissenschaftliche Grundlagen. Häufig gestellte Fragen und Antworten – Teil des Beitrags der Arbeitsgruppe I zum Fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) [T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex und P.M. Midgley (Hrsg.)]. Deutsche Übersetzung durch die deutsche IPCC-Koordinierungsstelle und Klimabüro für Polargebiete und Meeresspiegelanstieg, Bonn, 2017.

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