29.09.2023

OLALA - Neues Labor für Atmosphärenforschung

Optische Untersuchungen an Wüstenstaub für schärfere Satellitenbilder.

Eine neue Forschungsgruppe nimmt diesen Monat ihre Arbeit in Leipzig am Leibniz-Institut für Troposphären­forschung (TROPOS) auf: Die Nachwuchsgruppe um Moritz Haarig hat sich zum Ziel gesetzt, den Einfluss der komplexen Form von Mineralstaubpartikeln auf die Streuung von Licht zu verstehen, um so die Bedeutung des Mineralstaubs für Wetter und Klima besser vermessen zu können. OLALA  – Optical Lab for Lidar Applications – Optisches Labor für Lidar­anwendungen – wird von der Leibniz-Gemeinschaft im Rahmen des Leibniz-Wettbewerbs für die nächsten fünf Jahre mit knapp einer Million Euro unterstützt.

Die neue Leibniz-Nachwuchsgruppe OLALA: Markus Hartmann, Moritz Haarig (m.) und...
Abb.: Die neue Leibniz-Nachwuchsgruppe OLALA: Markus Hartmann, Moritz Haarig (m.) und Esha Semwal.
Quelle: T. Arnhold, TROPOS

In den großen Wüsten der Erde werden jedes Jahr viele Tonnen Mineralstaub aufgewirbelt, von denen ein bedeutender Teil in der Atmosphäre weit über die Wüsten hinaus transportiert wird, beispiels­weise von der Sahara bis nach Mitteleuropa. In der Atmosphäre beeinflussen die Staubpartikel die Wolken- und Niederschlagsbildung, den Strahlungs­haushalt der Erde sowie die Gesundheit der Menschen – auch weit entfernt von den Quellregionen. Eine wichtige Informationsquelle für die Forschenden ist die Fernerkundung mittels der Lidartechnik, denn sie ermöglicht höhenaufgelöste Messungen von Mineralstaub in der Atmosphäre. 

Lidar-Systeme senden kurze Laserpulse aus und messen anschließend das aus der Atmosphäre zurückgestreute Licht. Aus der Laufzeit der Signale und der Licht­geschwindigkeit wird die Entfernung zum Ort der Streuung berechnet. Das Tropos betreibt solche Lidargeräte in Leipzig, an den Staubquellen in Tadschikistan, Israel, auf Zypern und den Kapverdischen Inseln im Atlantik sowie auf Forschungs­schiffen, um den Staubtransport besser zu verstehen. In naher Zukunft wird es ein weiteres Lidargerät im Weltraum geben, welches globale Beobachtungen liefern wird: Die Europäische Weltraum­agentur Esa bereitet die Satelliten­mission Earthcare vor, welche im Frühling 2024 starten soll und an der Forschende des Tropos beteiligt sind.

Allerdings steht die Fernerkundung von Mineralstaub vor der Herausforderung, dass diese Partikel bei näherem Hinsehen durch eine komplexe und unregelmäßige Form gekennzeichnet sind. Diese Form bestimmt die Streu­eigenschaften und damit die Messergebnisse der Fernerkundung. An dieser Stelle möchte die Forschungs­gruppe ansetzen und in Leipzig das neue OLALA-Labor zur Untersuchung der Mineralstaubpartikel aufbauen. Moritz Haarig wird zusammen mit Markus Hartmann, der Doktorandin Esha Semwal und einer weiteren Doktorandin oder einem Doktoranden verschiedenste Mineral­staubpartikel aus den Wüsten der Erde nach Leipzig bringen, um sie hier genauer zu untersuchen. Dazu sind ein komplexer optischer Aufbau und eine sorgfältige Aufbereitung der Staubproben notwendig. 

Dabei kann die Gruppe auf bestehende Expertise zurückgreifen, insbesondere auf Gefrierexperimente mit Staubpartikeln im Wolkenlabor oder auf die Entwicklung von optischen Systemen wie den Lidargeräten. Die Gruppe wird mit Experten an der TU Darmstadt, den Universitäten von Lyon und Lille und der Universität Wyoming zusammen­arbeiten. Das Ziel ist es, die im Labor gewonnen Erkenntnisse zu einer besseren Beschreibung der unregelmäßigen Form der Staubpartikel in optischen Modellen zu nutzen um damit aus den Messungen der Fernerkundung mehr Informationen zu erhalten. Die Größe und Anzahl der Staubpartikel könnten damit selbst aus dem Weltraum besser bestimmt werden. Die Nachwuchsgruppe wird den Bogen von Feld­beobachtungen in der Nähe der Wüsten zu Labor­untersuchungen und Partikel-Modellierung spannen, um den Beitrag von Staub in globalen Beobachtungen vom Boden und aus dem Weltraum besser zu quantifizieren.

Tropos / JOL

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