Brauner Kohlenstoff trägt wesentlich mehr zur Klimaerwärmung bei als gedacht Unsicherheitsfaktor im Klimamodell - scinexx | Das Wissensmagazin
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Brauner Kohlenstoff trägt wesentlich mehr zur Klimaerwärmung bei als gedacht

Unsicherheitsfaktor im Klimamodell

Waldbrände produzieren jährlich gewaltige Mengen an kohlenstoffhaltigen Rußpartikeln, welche die Atmosphäre aufheizen. © freeimages

Rauchzeichen melden Klimaerwärmung: Verbrennende Biomasse produziert große Mengen Rauch und Ruß, welche die Atmosphäre aufheizen. Bisher galt vor allem der sogenannte schwarze Kohlenstoff als Hauptverursacher dieses Effekts. Ebenfalls entstehende organische Aerosole schätzten Klimaforscher dagegen bisher als eher unbedeutend ein. Eine neue Studie zeigt jetzt jedoch: Auch dieser braune Kohlenstoff trägt erheblich zur globalen Erwärmung bei.

Biomasse, also vor allem Holz und andere Pflanzenteile, verbrennt nur selten sauber und vollständig. Bei der unvollständigen Verbrennung von Biomasse entsteht ein Drittel der globalen Emissionen von sogenanntem schwarzem Kohlenstoff – einem Gemisch aus Gas und schwarzen Ruß-Partikeln. Millionen Tonnen solcher kohlenstoffhaltiger Rußpartikel von Wald-, Savannen- und Buschbränden gelangen jedes Jahr in die Atmosphäre. Dort absorbieren sie viel Sonnenlicht heizen auf diese Weise die Atmosphäre auf. In Klimamodellen wird schwarzem Kohlenstoff deshalb eine wichtige Rolle für die globale Erwärmung zugeschrieben.

Komplexe Zusammensetzung, unbekannter Effekt

Nicht so dagegen dem sogenannten braunen Kohlenstoff: Auch dieser entsteht zwar in Form von organischen Luft-Partikel-Gemischen, sogenannten Aerosolen, zum Beispiel bei Waldbränden. Weil seine Zusammensetzung jedoch komplexer ist, können Experten seinen Einfluss auf die Klimaerwärmung nur schwer einschätzen. In den meisten Fällen schreiben sie ihm entweder gar keine oder höchstens mäßige Absorptionseigenschaften zu – und manchmal sogar eine gegenteilige Wirkung: Einige Fachleute gingen bisher davon aus, dass brauner Kohlenstoff unser Klima sogar kühlt, da die Partikel mehr Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektieren als sie an die Erde abgeben.

Laut einer aktuellen Studie ist diese Einschätzung jedoch falsch: Genau wie schwarzer absorbiere auch brauner Kohlenstoff eine bedeutende Menge Licht und Wärme, schreibt ein US-amerikanisches Forscherteam um Rawad Saleh vom Center for Atmospheric Particle Studies der Carnegie Mellon University in Pittsburgh. Demnach kommt braunem Kohlenstoff eine weitaus größere Bedeutung für die Klimaerwärmung zu als die meisten Modelle annehmen.

Entscheidendes Kohlenstoff-Verhältnis

Für ihre Untersuchungen verbrannten Saleh und Kollegen Pflanzenmaterial unter Laborbedingungen. Verschiedene Gräser und Hölzer setzten sie in der riesigen Verbrennungskammer des Fire Science Laboratory in Missoula den Flammen aus. Die Wissenschaftler testeten verschiedene Verbrennungsbedingungen, um das Verhältnis von schwarzem Kohlenstoff und organischen Aerosolen zu variieren. So war es ihnen später möglich zu bestimmen, wie sich dieses Verhältnis auf die Absorptionseigenschaften des Rauches auswirkt.

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Die Analysen zeigen: Tatsächlich absorbieren auch die organischen Aerosole des braunen Kohlenstoffs einen nennenswerten Anteil Sonnenlicht. Besonders hoch ist die Absorption jedoch in Rauchwolken, in denen auch ein höherer Anteil schwarzen Kohlenstoffs vorhanden ist. Entscheidend ist offenbar das Verhältnis von schwarzem zu braunem Kohlenstoff: Es bestimmt nicht nur, ob der aufsteigende Rauch eher schwarz, braun, grau oder weiß aussieht, sondern beeinflusst auch die Absorptionsfähigkeit der organischen Bestandteile. Diese steigt linear mit dem Verhältnis von schwarzem Kohlenstoff zu organischen Aerosolen in der frischen Rauchwolke.

Wichtige Eigenschaften für zukünftige Klimamodelle

Daraus schließen die Forscher: „Die Bedingungen unvollständiger Verbrennung, die die Entstehung von schwarzem Kohlenstoff fördern, begünstigen offensichtlich auch die Produktion von braunem Kohlenstoff, der sich aus absorbierenden organischen Bestandteilen zusammensetzt.“ Entscheidend, so die Wissenschaftler, ist nicht allein das verbrennende Material, sondern unter welchen Bedingungen es verbrennt.

Die absorbierenden Eigenschaften dieser organischen Aerosole sind offensichtlich einzigartig. Das konnten die Forscher mithilfe von Experimenten zeigen, bei denen sie Diesel anstatt Pflanzenmaterial verbrannten. Auch bei diesem Prozess entstanden zwar organische Aerosole – diese absorbierten jedoch kaum Licht.

Stimmen diese Ergebnisse, dann tragen die bei der Verbrennung von Biomasse entstehenden organischen Aerosole tatsächlich erheblich zur Klimaerwärmung bei. In Zukunft, so schreibt der Meteorologe Nicolas Bellouin in einem Kommentar zur Studie, müssten ihre absorbierenden Eigenschaften in Klimamodellen Beachtung finden. So lasse sich ihr Effekt auf das Klima besser abschätzen.

(Nature Geoscience, 2014; doi: 10.1038/ngeo2220)

(Saleh et al., Nature Geosciences, 04.08.2014 – DAL/AKR)

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