Die Quelle des Ultrafeinstaubs

Ultrafeine Partikel sind sowohl gesundheits- als auch klima­rele­vant. In urbanen Gebieten gilt der Straßen­ver­kehr als Haupt­ursache für die winzigen Teil­chen. Außer­halb von Städten konnten Forscher des Karls­ruher Instituts für Techno­logie in einer Lang­zeit­mess­kampagne nun eine Quelle identi­fi­zieren, die besonders auf das regio­nale Klima ein­wirkt: moderne Kohle­kraft­werke.

Obwohl ultrafeine Partikel, kurz UFP, nur einen Durch­messer von weniger als hundert Nano­metern haben, nehmen sie gewal­tigen Ein­fluss auf Umwelt­pro­zesse: „Sie bieten Ober­flächen für chemische Reak­tionen in der Atmo­sphäre oder können als Konden­sa­tions­kerne die Eigen­schaften von Wolken und Nieder­schlag beein­flussen“, sagt Wolfgang Junker­mann vom KIT. Um Vor­kommen und Ver­tei­lung von UFP zu unter­suchen, hat der Forscher gemein­sam mit Kollegen in den ver­gangenen 15 Jahren Mess­flüge rund um den Globus gestartet.

Dabei betrachteten die Wissenschaftler auch die Atmo­sphäre außer­halb städtischer Brenn­punkte, insbe­sondere in Gegenden mit auf­fälligen Nieder­schlags­trends. In der freien Natur erzeugen etwa Wald­brände, Staub­stürme oder Vulkan­aus­brüche feine Partikel, meist jedoch nicht im Nano­meter­bereich. Die Forscher stellten fest, dass deren Konzen­tra­tion auch in vielen abge­legenen Gebieten stetig ansteigt, die neuen, zusätz­lichen Partikel jedoch keinen natür­lichen Ursprung haben.

Geraten diese Partikel als Kondensationskerne in Wolken, werden zunächst die ein­zelnen Wolken­tröpf­chen kleiner und es dauert länger, bis sich Regen­tropfen bilden können. Dadurch wird die räum­liche und zeit­liche Ver­tei­lung sowie die Inten­sität von Nieder­schlägen beein­flusst. „Die Folge ist nicht unbe­dingt, dass es weniger regnet, die Partikel können auch extreme Regen­ereig­nisse ver­stärken. Wo das passiert ist wieder vom Wind abhängig“, sagt Junker­mann.

Für die Messflüge nutzten die Forscher das am KIT ent­wickelte welt­weit kleinste bemannte Forschungs­flug­zeug. Das fliegende Labor ist mit hoch­sensiblen Instru­menten und Sensoren aus­ge­stattet, die Staub­partikel, Spuren­gase, Tempe­ratur, Feuchte, Wind und Energie­bilanzen messen. Diese Daten glichen Junker­mann und seine Kollegen mit meteoro­lo­gischen Beob­ach­tungen sowie Aus­breitungs- und Trans­port­modellen ab. „So konnten wir zeigen, dass fossile Kraft­werke inzwischen zu den welt­weit stärksten Einzel­quellen für ultra­feine Partikel geworden sind“, sagt Junker­mann. „Sie beein­flussen meteoro­lo­gische Pro­zesse massiv und können zu extremen Wetter­ereig­nissen führen.“

KIT / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  W. Junkermann & J. M. Hacker: Ultrafine particles in the lower troposphere: major sources, invisible plumes and meteorological transport processes, Bull. Am. Meteor. Soc. , online 27. August 2018; DOI: 10.1175/BAMS-D-18-0075.1
• Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Dept. Troposphärenforschung, Karlsruher Institut für Technologie