Durch Brände ausgelöst

„Wolkendrachen“ haben Einfluss auf unser Klima

Pyrocumulonimbus-Wolken entstehen durch große Brände.

(Bild: AFP)

Durch große Brände ausgelöste Gewitterwolken (Pyrocumulonimbus) können Rauch direkt in die Stratosphäre transportieren. Diese hoch reichenden Wolken sind für bis zu 25 Prozent der Rußpartikel und organischen Aerosole in der unteren Stratosphäre verantwortlich. Sollten Waldbrände mit der Klimaerwärmung zunehmen, könnten diese Feuerwolken die Aerosol-Zusammensetzung der Stratosphäre maßgeblich verändern - mit unklaren Klima-Folgen.

Die NASA bezeichnete Pyrocumulonimbus-Wolken ( PyroCb) einmal als „feuerspeienden Wolkendrachen“. Schon eine „Cumulonimbus“-Wolke sei imposant, mit ihrem massiven, ambossförmigen, oft mehr als zehn Kilometer hohen Gewitterturm, schreibt die US-Weltraumbehörde in einem Betrag. Füge man dem noch „Pyro“ hinzu, ergebe sich eine explosive Gewitterwolke, die durch den Rauch und die Hitze des Feuers entsteht, und den Rauch wie ein Schornstein in die Stratosphäre blasen kann.

Rußpartikel in Atmosphäre werden nicht abgebaut
Die vom „Wolkendrachen“ empor geschleuderten Rußpartikel und organischen Aerosole werden in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre über längere Zeit nicht abgebaut. Sie machen dort zwischen zehn und 25 Prozent der Aerosole aus, schreibt das internationale Forscherteam um Joshua Schwarz von der US-Klimaforschungsbehörde NOAA, an dem auch Bernadett Weinzierl, Maximilian Dollner und Agnieszka Kupc von der Forschungsgruppe Aerosolphysik und Umweltphysik an der Universität Wien beteiligt sind, im Fachblatt „Science“.

Eine Pyrocumulonimbus-Wolke über einem Waldbrand in Kalifornien im Jahr 2020

(Bild: AFP)

In der oberen Atmosphäre können Aerosolpartikel unterschiedliche Auswirkungen haben. Sie können zu einer Erwärmung dieser Luftschichten beitragen, aber auch Sonnenlicht reflektieren. Daher werden PyroCb schon seit Jahren beobachtet, ihre Auswirkungen auf das Klima sind aber noch unklar.

Im August 2017 flog im Rahmen der NASA-Mission „Atmospheric Tomography Mission“ (ATom) zur Untersuchung der Atmosphäre über den Ozeanen ein Forschungsflugzeug durch eine PyroCb-Wolke, die durch mehrere Waldbrände im US-Bundesstaat Washington und in British-Columbia (Kanada) entstand. Anhand der dabei aufgenommenen Daten zeigten die Forscher, „dass es sich um das größte PyroCb-Ereignis gehandelt hat, das in der Satelliten-Ära bisher beobachtet wurde“, wie sie in ihrer Arbeit schreiben.

Dieses „Pacific Northwest Event“ genannte Ereignis hat nur einen kleinen Teil der 2017 von Waldbränden zerstörten Fläche auf der nördlichen Hemisphäre ausgemacht und war nur für rund fünf Prozent der dadurch verursachten CO-Emissionen verantwortlich. Dennoch gingen ein Jahr später immer noch rund 40 Prozent der Rußpartikel in der unteren Stratosphäre der nördlichen Hemisphäre auf das Konto dieser Feuerwolke.

Feuerwolken mit Fingerabdrücken
Überraschend und bemerkenswert waren für die Wissenschaftler „extrem dicke Schichten“, die sich an den Rußpartikeln angelagert hatten. Dieses Ergebnis sei „so unerwartet gewesen“, dass sie weitere Tests durchführten, um es zu bestätigen. Diese „Beschichtung“ sei zusammen mit Größe und Masse der Rußpartikel ein stabiles Merkmal des PyroCb-Rauchs und könne als „Fingerabdruck“ der aus dieser Quelle stammenden Partikel in der unteren Stratosphäre genutzt werden.

Anhand dieser „Fingerabdrücke“ analysierten sie nochmals die Daten von zwölf flugzeuggestützten Missionen in der nördlichen und südlichen Hemisphäre seit 2006, um den langfristigen Einfluss von PyroCb auf die untere Stratosphäre abzuschätzen. Sie zeigten, dass selbst in Jahren mit nur wenigen „feuerspeienden Wolkendrachen“ der Einfluss des Rauchs sehr bedeutend war.

Auswirkungen noch wenig erfasst
Die Forscher plädieren dafür, große PyroCb-Ereignisse in Atmosphärenmodellen abzubilden, „um sowohl die jährlichen stratosphärischen Schwankungen auf dieser Ebene als auch die kurzfristigen größeren Strahlungsauswirkungen zu erfassen“. Denn PyroCb „trägt mehr zur Zusammensetzung der Stratosphäre bei als wir dachten, wirkt auf andere Weise als wir dachten und bleibt länger bestehen als wir dachten“, so die Forscher.

Dies sei nicht nur angesichts der Erwartung wichtig, dass Häufigkeit, Größe und geografische Verteilung von Waldbränden zunehmen werden, verweisen die Forscher auf den PyroCb-„Superausbruch“ in Australien 2019 und 2020, der dreimal mehr Rauch in die Stratosphäre geblasen hat als das „Pacific Northwest Event“. Ein besseres Verständnis helfe auch, langfristige Auswirkungen eines möglichen Einsatzes von Geo-Engineering mit Aerosolen abzuschätzen, mit dem man dem Klimawandel entgegenwirken will.