Ultrafeinstaub durch Filteranlagen begünstigt Wetterextreme

• Industrieabgase geben neben CO₂ auch feinste Nanopartikel in die Atmosphäre.
• Der Ultrafeinstaub verändert die Wolkenphysik und damit das Wetter.
• Forscher der Einrichtungen KIT und ARA haben die Zusammenhänge von Extremwetter und Ultrafeinstaub untersucht.
• Sie trugen über 20 Jahre den wohl größten Datensatz zu diesem Thema zusammen.

Gespräche übers Wetter waren früher unverfänglicher Smalltalk. Das ändert sich seit einigen Jahren mehr und mehr. Wetter wird bedrohlich, wenn Fluten oder Tornados ganze Regionen niederreißen. Aus Hab und Gut werden Trümmerhaufen. Andernorts bleiben nur Asche oder Staub. Dürreperioden trockenen Grund und Boden aus. Waldbrände verschlingen Lebensräume und hinterlassen verkohlte Überreste.

Extreme Wetterereignisse häufen sich

Grund dafür ist der Klimawandel. Aktivisten und Aktivistinnen sprechen angesichts solcher Ereignisse von einer Klimakatastrophe. Denn: Wo Existenzen zerstört werden, wo ein Überleben nicht mehr möglich ist, herrscht ein katastrophaler Zustand. Den Berichten des Weltklimarats (Intergovernmental Panel on Climate Change; IPCC) zufolge, werden Wetterextreme zunehmen. Sie werden sich regional unterschiedlich zeigen, aber sie werden ein Bild der Verwüstung hinterlassen.

Schuld daran ist der Mensch. CO₂-Emissionen bringen das Gleichgewicht ins Wanken. Der Ausstoß ist zu hoch, um ihn effektiv zu kompensieren. Allerdings: Klimamodelle, die nur den Anstieg von Kohlendioxid in der Atmosphäre berücksichtigen, zeigen nur die halbe Wahrheit. Sie bilden die Dynamik der Extremwettereignisse nicht ausreichend ab.

„Bislang wurden diese Veränderungen in der Klimaforschung hauptsächlich auf das zunehmende Kohlendioxid und die entsprechend höhere Wasserdampfkapazität einer sich erwärmenden Atmosphäre zurückgeführt“, sagt Dr. Wolfgang Junkermann für eine Pressemitteilung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Er ist Physiker und arbeitet am Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), dem Campus Alpin des KIT in Garmisch-Partenkirchen.

Ultrafeinstaub in der Atmosphäre schuld an extremen Wetter

Er und Klimaforscher Professor Jorg Hacker vom unabhängigen Forschungsinstitut Airborne Research Australia (ARA) sind der Ansicht: Ultrafeine Partikel von wenigen Nanometern bis zu 100 Nanometer tragen signifikant zu den Extremwetterereignissen bei. Teilchen in dieser Größenordnung entstehen durch die Verbrennung fossiler Kraftstoffe – beispielsweise in Kohlekraftwerken oder Schiffsmotorien. 

Dieser Ultrafeinstaub wirke regional und kurzfristig auf die Wolkenphysik, argumentieren die Forscher: „Mit üblichen Modellen für die Wolkenbildung können wir zeigen, dass sich durch die Zunahme von ultrafeinen Partikeln auch mehr und kleinere Tropfen bilden“, erklärt Junkermann.

„Dadurch verweilt Wasser viel länger in der Atmosphäre, der Regen wird zunächst unterdrückt und es entsteht ein zusätzliches Energiereservoir in der mittleren Troposphäre, das extreme Niederschläge begünstigt. Das kann dann hunderte Kilometer entfernt passieren. Eine heterogene Verteilung der Nanopartikel-Verschmutzung könnte beitragen, die großen regionalen Unterschiede bei Extremwetterereignissen zu erklären.“

Ultrafeinstaub-Belastung hat zugenommen

Die Forscher untersuchten Daten zur Menge und Verteilung von Ultrafeinstaub in der Erdatmosphäre sowie zu Veränderungen im Wasserkreislauf. Das Ergebnis: In vielen Gebieten besteht ein Zusammenhang zwischen der zunehmenden Partikelmenge und veränderter Niederschlagsmuster. Ein Vergleich mit Datensätzen aus den 1970er-Jahren verdeutlicht die Entwicklung: „Punktuell konnten wir eine Belastung von bis zu 150.000 Teilchen pro Kubikzentimeter nachweisen, wo 40 Jahre zuvor nur etwa tausend Teilchen nachweisbar waren“, berichtet Physiker Dr. Wolfgang Junkermann.

Möglich wurde dieser Befund durch umfangreiche Messreihen mit Kleinflugzeugen, mit denen die Forscher über 20 Jahre den wohl größten Datensatz dieser Art zusammengetragen haben. Er umfasst Gebiete in Asien, Mittelamerika, Europa und Australien mit historisch rekonstruierbaren Emissionen und gut dokumentierten regionalen Klimaänderungen.

Nanopartikel entstehen durch gefilterte Industrieabgase

Die Forschenden konnten extreme Konzentrationen auf Kraftwerke, Raffinerien oder den Schifffahrtsverkehr zurückführen. Ebenso auf Großfeuerungsanlagen mit neuester Abgas-Technologie. Moderne Filteranlagen, die klimaschädliche Abgase in umweltbelastende Nanopartikel umwandeln, können demnach nicht die Lösung sein. Ein Beispiel: Ammoniak verhindert die Bildung von Stickoxiden in Industrieabgasen. Um die schädlichen Abgase zu filtern, wird es seit den 1990er-Jahren eingesetzt. Allerdings entweichen bei diesem Prozess viele Nanoteilchen in die Atmosphäre.

Mit ihrer Arbeit richten die beiden Wissenschaftler einen Apell an die Klimaforschung: Die Belastung durch Ultrafeinstaub in der Atmosphäre wirkt sich auf Existenzen aus. Sie sollte in Berechnungen mehr berücksichtigt werden: „Mit aktuelleren Daten könnte die Modellierung des Wasserkreislaufs, der Niederschlagsänderungen und der Extremwetterereignisse vermutlich wesentlich verbessert werden“, so Junkermann.