Mainzer Wissenschaftler entschlüsseln Bedeutung biologischer Aerosole für Wolken- und Niederschlagsbildung während der Regenzeit

Geschlossener Aerosol- und Wasserkreislauf über Amazonas-Regenwald

17.09.2010

Der Wald im Amazonas macht seinen Regen selbst. Aerosolpartikel, an denen sich in der Atmosphäre Wolken und Niederschlag bilden, bestehen dort zur Regenzeit hauptsächlich aus organischen Substanzen. Und die setzt der Wald selbst frei. Das haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz nachgewiesen und können dadurch auf die Funktionsweise des Ökosystems schließen: Der hohe Gehalt organischer Substanzen weist darauf hin, dass das Amazonas-Gebiet während der Regenzeit einen weitgehend geschlossenen Bioreaktor darstellt. Die Ergebnisse könnten in Zukunft auch helfen, genauere Klimamodelle aufzustellen. Mit ihrer Hilfe lässt sich nämlich analysieren, wie der Mensch die Wolken- und Niederschlagsbildung beeinflusst.

Fast nirgendwo auf der Welt ist die Luft so sauber wie über dem Amazonas. Daher studieren Klimaforscher dort, wie Wolken auf natürliche Weise entstehen. In künftigen Analysen darüber, wie der Mensch die Bildung von Wolken und Niederschlag beeinflusst, können ihnen diese Ergebnisse als Referenzpunkte dienen. Forscher vom Max-Planck-Institut für Chemie haben dazu nun einen Beitrag geleistet. In Kooperation mit internationalen Partnern haben sie erstmals während der Regenzeit die chemischen Bestandteile von Aerosolen, winzigen Schwebteilchen in der Luft, über dem Amazonas-Regenwald mittels Elektronenmikroskopie und Massenspektrometrie genau charakterisiert. Submikron-Partikel, die im Durchmesser kleiner als ein Tausendstel Millimeter sind und als Kondensationskerne für Wolkentropfen dienen, bestehen zu etwa 85% aus sekundären organischen Aerosolkomponenten. Diese entstehen aus leichtflüchtigen organischen Substanzen, die das Wald-Ökosystem freisetzt und die in der Atmosphäre durch fotochemische Reaktionen in schwerflüchtige Substanzen umgewandelt werden und kondensieren. Das restliche Zehntel der Submikron-Partikel besteht zumeist aus Salzen, Mineralien und Rußpartikeln, die vom Atlantik und aus Afrika herbeigeweht werden.

Supermikron-Partikel mit Durchmessern von mehr als einem Mikrometer bestehen zu über 80 Prozent aus primären biologischen Aerosolkomponenten wie Pilzsporen, Pollen und Pflanzenfragmenten, die aus dem Regenwald nach oben gewirbelt werden. Sie dienen als Eiskerne und spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Niederschlag. Dass die Aerosole über dem Amazonas-Regenwald fast nur biogenen Ursprungs sind, verrät den Forschern einiges über das Ökosystem. "Den brasilianischen Regenwald kann man sich zur Regenzeit als einen Bioreaktor vorstellen", sagt Dr. Ulrich Pöschl, der maßgeblich an den Untersuchungen beteiligt war. An den Aerosolen, die bis in 18  km Höhe getragen werden, kondensiert Wasserdampf, der ebenfalls aus dem Wald aufsteigt. In den daraus gebildeten Wolken wachsen Wassertropfen und Eiskristalle solange an, bis sie als Niederschlag wieder zur Erde fallen. Ein Teil des Niederschlags verdunstet, der Rest wässert die Flora. Während die Pflanzen wachsen, geben sie wiederum organisches Material in die Atmosphäre ab, an dem dann neue Wolken wachsen.

Die Erkenntnisse über den natürlichen Prozess der Wolkenbildung liefern den Forschern Informationen, wie sich die menschlich beeinflusste Wolkenbildung davon unterscheidet: "Was wir jetzt schon sagen können ist, dass die Wolkentropfenzahl über dem Amazonas-Regenwald Aerosol-limitiert ist, also von der Menge der Aerosole abhängt, die das Ökosystem freisetzt", fasst Dr. Ulrich Pöschl zusammen. In dicht besiedelten Gebieten und außerhalb der Regenzeit im Amazonas, wenn Abgase aus Verkehr, Industrie und Brandrodung die Luft mit Aerosolen überfüttern, kommt es hingegen eher darauf an, wie schnell der Aufwind die Partikel in die Höhe transportiert. In den nächsten Jahren wollen die Wissenschaftler die Atmosphäre über dem Amazonas-Regenwald weiter untersuchen. Zu diesem Zweck bauen sie zurzeit einen 300m hohen Messturm in der Nähe von Manaus, Brasilien, wo bereits die aktuellen Untersuchungen stattgefunden haben. "Dort wollen wir weitere langfristige und umfassende Messungen durchführen", erläutert Pöschl. Neben den Aerosolen wollen die Forscher dann auch den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf genauer analysieren. "Je besser wir nämlich das natürliche Ökosystem des Regenwalds verstehen, desto zuverlässiger können wir den Einfluss des Menschen auf das Klima beschreiben."

Dr. Ulrich Poeschl ist Mitglied des Forschungszentrums Geocycles, einem Verbund Mainzer Wissenschaftsbetriebe, bestehend aus der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, dem Max-Planck-Institut für Chemie, dem Institut für Räumliches Vermessungswesen 13 sowie dem Römisch-Germanischen Zentralmuseum Mainz (RGZM).