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Montag, 01.09.2014
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Schmutzglocke über Indischem Ozean

Belastung der Atmosphäre höher als angenommen

Mit einer Kombination von Satellitenbeobachtungen und Computermodellierung haben Forscher des Mainzer Max-Planck-Instituts für Chemie die Luftverschmutzung durch Stickoxide über dem Indischen Ozean untersucht. Sie konnten nachweisen, dass die Luft über dem zentralen Indischen Ozean in der südlichen Hemisphäre keineswegs immer so rein ist, wie es bei früheren Messungen während der Wintermonsunzeit beobachtet wurde. Vielmehr fanden sie während der Monsunübergangszeiten beträchtliche Verschmutzungen durch aus Afrika und Südostasien stammende Luftmassen. Das am stärksten belastete Gebiet ist der Golf von Bengalen, der durch den Ausstoß von Schadstoffen aus Indien und Südostasien sowie aus China beeinflusst wird .

NOx-Konzentrationen über dem Indischen Ozean

Aufgrund der wenigen bisher vorliegenden Langzeitbeobachtungen, die sich über alle Jahreszeiten erstrecken, ist die Kenntnis der chemischen Vorgänge in der Atmosphäre über dem Indischen Ozean nach wie vor unzureichend. Dieses Gebiet ist wegen der starken tropischen Sonneneinstrahlung, hohen Luftfeuchtigkeit und wachsenden anthropogenen Emissionen von Schadstoffen chemisch aktiv. Das "Indian Ocean Experiment" (INDOEX) war eine internationale Messkampagne während der Monsunzeit im Winter 1999 mit dem Ziel zu untersuchen, wie die Luftverschmutzung Klimaprozesse über dem tropischen Indischen Ozean beeinflusst. Satellitenaufnahmen zeigten eine dicke Dunstglocke - eine der mittlerweile weltweit bekannten "atmosphärischen braunen Wolken" - die sich während dieser Zeit über Tausende von Kilometern südlich von Indien erstreckte. Im Gegensatz zu der starken Verschmutzung in der nördlichen Hemisphäre weisen diese Messergebnisse auf eine vergleichsweise reine Luft in der südlichen Hemisphäre hin.

“Chemische Wettervorhersage“


Die Erforschung der Luftverschmutzung in Südasien am Max-Planck-Institut für Chemie konzentrierte sich seitdem auf andere Jahreszeiten. Die MINOS-Messkampagne (Mediterranean Intensive Oxidants Study), die unter Leitung des Instituts im Sommer 2001 durchgeführt wurde, hat gezeigt, dass die gleichen Monsunstürme, die sintflutartige Regenfälle bewirken, auch unlösliche Gase wie Kohlenmonoxid in die obere Troposphäre befördern, wo sie dann bis zum Mittelmeer transportiert werden.

Dafür hat die Nachwuchsgruppe "SAPHIRE" ("Southern Asian Photochemistry and Impacts of the Redistribution of Emissions") der Abteilung Atmosphärenchemie eine Methode der "chemischen Wettervorhersage" entwickelt, mit der man Veränderungen der Konzentrationen von Gasen wie Ozon und Kohlenmonoxid täglich vorhersagen kann. Diese Prognosen zeigten an, an welchen Tagen "die Verschmutzungswolke" sich in Reichweite eines auf Kreta stationierten Forschungsflugzeuges befinden würde. Dreimal leiteten diese Vorhersagen das Flugzeug in Gebiete, wo die Luft tatsächlich weitaus stärker verschmutzt war als sonst in diesen Höhen über dem Mittelmeer und zudem deutliche Anzeichen für Emissionen aus dem südlichen Asien aufwies. Dieses Teamwork zeigte deutlich einen vorher noch nicht bekannten interkontinentalen Transportpfad der Schadstoffe auf.


„Plumes“ aus verschmutzter Luft


Die Wissenschaftler in der Nachwuchsgruppe berichten nun in zwei Artikeln in der renommierten Fachzeitschrift "Geophysical Research Letters" über neue Ergebnisse zur Luftverschmutzung über dem Indischen Ozean. Dazu hatten sie eine Kombination aus Satellitendaten der Jahre 1996-2000 und globale Modellrechnungen verwendet und sich auf die Verschmutzung durch Stickoxide in den Zeiträumen zwischen dem Sommer- und dem Wintermonsun - den Monsunübergangszeiten - konzentriert. Stickoxide (NOx = NO + NO2) sind ein wichtiger Bestandteil der Troposphärenchemie, die die Ozonproduktion katalysieren und die Hydoxylradikale, das "Reinigungsmittel" der Atmosphäre, beeinflussen. Die maritimen Stickoxide stammen hauptsächlich aus dem weitreichenden Transport kontinentaler Emissionen, von Blitzentladungen und von Schiffen.

Die neuen Befunde zeigen ausgeprägte, halbjährlich auftretende "Plumes" der Stickoxidverschmutzung, die sich über den ganzen zentralen Indischen Ozean ausdehnen - vor allem in der mittleren Troposphäre - und die im Westen aus Afrika und im Osten aus Südostasien (Indonesien und andere Länder) stammen (Abb. 1b). "Unsere Ergebnisse zeigen, dass der zentrale Indische Ozean keineswegs immer so rein ist wie man es bisher während der Wintermonsunzeit beobachtet hat", sagt Mark Lawrence, der Leiter der Nachwuchsgruppe. "Besonders interessant ist, dass der Grad der Verschmutzung während der Übergangszeiten südlich 10°S sogar größer ist als im nördlichen Indischen Ozean. Wir begegnen hier also gerade der entgegen gesetzten Situation wie bei der INDOEX-Messkampagne."

Einfluss nur bei Wintermonsun


Die Wissenschaftler haben sich bei ihren Forschungen auch für die Frage interessiert, auf welche Weise die Emissionen aus den umgebenden kontinentalen Gebieten die NOx-Verschmutzung über dem Indischen Ozean beeinflussen. Ihre Ergebnisse zeigen: Rückkopplungen in der Atmosphärenchemie können dazu führen, dass manche Abwindgebiete nur wenig empfindlich gegenüber Aufwindemissionen sind. Das heißt, eine Verringerung der globalen NOx-Emissionen aus allen Quellen um 50 Prozent würde über Teilen des Indischen Ozeans nur zu einer Verringerung der NOx-Level um 15 Prozent führen. Das gilt umgekehrt auch für einen Anstieg der NOx-Emissionen.

Weiterhin zeigen die Ergebnisse, dass der Einfluss von Emissionen aus Indien auf den zentralen Indischen Ozean sich auf die Zeit des Wintermonsuns beschränkt und dennoch sehr gering ist: Eine Änderung der NOx-Emissionen aus Indien um 10 Prozent führt nur zu einer Änderung um 3 Prozent in den NOx-Levels über dem nördlichen Indischen Ozean. Dies steht im Gegensatz zu dem starken Einfluss, den der Ausstoß von Aerosolen und langlebigen Gasen wie Kohlenmonoxid aus Indien hat und beruht auf der kurzen Lebensdauer von NOx (im Mittel etwa ein Tag) sowie auf der oben erwähnten Rückkopplung.

Den größten Einfluss auf die NOx-Chemie über dem zentralen Indischen Ozean übt während des ganzen Jahres Südostasien aus. Emissionen aus Afrika sind besonders für größere Höhen von Bedeutung. Das Gebiet mit der größten Verschmutzung ist der Golf von Bengalen, der stärker durch kontinentale Emissionen beeinflusst wird als das Arabische Meer, Schwerpunkt der INDOEX-Kampagne. Die Verschmutzung stammt den größten Teil des Jahres über aus dem Ausstoß Indiens und Südostasiens und während eines Teils des Jahres aus China. Das Ausmaß der Luftverschmutzung in diesem Gebiet sollte aufgrund dieser Ergebnisse durch weitere Messkampagnen insbesondere während der Monsunübergangszeiten erforscht werden.
(MPG, 26.08.2004 - NPO)

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