Ruß und andere Aerosole aus der Verbrennung von Biomasse können das regionale und globale Wetter und Klima beeinflussen, weil sie Strahlung, Wolken und Niederschlag beeinflussen. Die Doktorandin Lixia Liu aus der Minerva-Forschungsgruppe unter Leitung von Yafang Cheng am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz und ihre Kollegen untersuchten, wie sich dies auf das Amazonasbecken während der Trockenzeit auswirkt. Obwohl es viele verschiedene Wechselwirkungen zwischen Aerosolen aus der Biomasseverbrennung und dem Klima gibt, fanden sie heraus, dass sie insgesamt zu weniger und schwächeren Regenereignissen im Amazonasregenwald führen.
Aerosole aus der Biomasse-Verbrennung
Im Amazonas-Regenwald dauert die Trockenzeit normalerweise von Juli bis Oktober. In dieser Zeit kommt es häufig zu Bränden, die sowohl durch Abholzung als auch durch landwirtschaftliche Praktiken entstehen. Wenn Bäume, Sträucher oder andere Biomasse brennen, entstehen Ruß, auch bekannt als Schwarzer Kohlenstoff, und eine leichtere Variante von Partikeln, die Brauner Kohlenstoff genannt wird. Diese Partikel werden hoch in die Atmosphäre transportiert.
Schwarzer und brauner Kohlenstoff sind Aerosole, d. h. Partikel, die in der Luft schweben. Als solche können sie das Sonnenlicht streuen und absorbieren. Dies wiederum kann zu Veränderungen im Energiehaushalt an der Erdoberfläche führen. Wissenschaftler bezeichnen diese Prozesse als Aerosol-Strahlungs-Wechselwirkungen (ARIs). Diese Aerosole können aber auch als Keime für die Wolkenbildung wirken, die so genannten Wolkenkondensationskerne. Dies wirkt sich auf die Anzahl der Wolkentröpfchen in der Atmosphäre aus, was wiederum eine Reihe von atmosphärischen Prozessen, einschließlich der Wolkenbildung selbst, beeinflussen kann. Diese Prozesse werden als Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen (ACI) bezeichnet.
Analyse der Auswirkungen im Amazonasgebiet
ARIs und ACIs können sich überschneiden oder gegenseitig aufheben. Lixia Liu und ihre Kollegen wollten nun die beiden Prozesse unterscheiden, um herauszufinden, wie sie sich einzeln auf das regionale Klima auswirken, und ihre relative Bedeutung bei verschiedenen Emissionsintensitäten der Biomasseverbrennung vergleichen. Dazu verwendeten sie Computersimulationen, in denen sie verschiedene Szenarien mit und ohne ARIs simulieren konnten.
Das Team fand heraus, dass die Anzahl der Aerosole beeinflusst, welche Prozesse dominieren. Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen sind wichtiger, wenn die Luft relativ sauber ist. Dies kann zu einer mäßigen Abkühlung der Atmosphäre führen. Die Wechselwirkungen zwischen Aerosol und Strahlung dominieren, wenn es viele Aerosole gibt, was zu einer starken Erwärmung der Atmosphäre führen kann.
Mehr Brände, weniger Regen
In allen Szenarien führte die Zugabe von Aerosolen aus der Biomasseverbrennung in die Atmosphäre jedoch zu weniger Regen in der Region. ACI spielen dabei eine wichtige Rolle, insbesondere bei geringer und mäßiger Biomasseverbrennung. Durch ihre Wirkung als Wolkenkondensationskerne führen die Aerosole aus der Biomasseverbrennung zu mehr aber dafür kleineren Wolkentröpfchen. Dies verlangsamt den Wolkenbildungsprozess und hemmt somit die Regenbildung. ARIs verstärken dies jedoch und würden die ACIs bei hohen Biomasseverbrennungsemissionen sogar übersteigen, da die Rußpartikel das Sonnenlicht absorbieren und so die Atmosphäre erwärmen und die Oberfläche verdunkeln. Dadurch verringert sich die atmosphärische Konvektion, was zu den für die Tropen so typischen nachmittäglichen Regenfällen führen würde. Bei verminderter Konvektion ist es weniger wahrscheinlich, dass es regnet.
Der Klimawandel und der Verlust von Wäldern aufgrund von Abholzung führen bereits zu trockeneren und längeren Trockenzeiten im Amazonasgebiet. Diese Auswirkungen der Biomasseverbrennung drohen die Dürren im Amazonas-Regenwald weiter zu verstärken.
Liu et al. veröffentlichten die Studie “Impact of biomass burning aerosols on radiation, clouds, and precipitation over the Amazon: relative importance of aerosol-cloud and aerosol–radiation interactions” Open Access in in der Zeitschrift Atmos. Chem. Phys.
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