Eine neue Technologie zur Untersuchung der Atmosphäre ermöglicht es, zuvor unsichtbare Rauchschichten zu erkennen, die durch Waldbrände entstehen. Diese Entwicklungen stammen von einem Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) in Leipzig, das die Fluoreszenz-Lidar-Technik nutzt, um die Herkunft und den Zustand von Partikeln in der Luft präziser zu analysieren. Die Forscher haben über 250 Stunden an Lidar-Messungen durchgeführt, die zeigen, dass dünne Rauchschichten aus den verheerenden Waldbränden in Kanada bis nach Europa transportiert werden können.
Die Messungen von 2022 und 2023 enthüllten, dass die obere Troposphäre über Europa möglicherweise stärker mit Schadstoffen belastet ist, als bislang angenommen. Insbesondere während der Sommermonate, wenn die Waldbrandaktivität zunimmt, können diese Partikel eine bedeutende Rolle für die atmosphärischen Bedingungen spielen. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Atmospheric Chemistry and Physics“ veröffentlicht und legen nahe, dass solche Rauchschichten die Bildung von Eiswolken begünstigen könnten.
Ein besonders leistungsstarkes Lidar-System, das MARTHA (Multiwavelength Atmospheric Raman Lidar for Temperature, Humidity, and Aerosol Profiling), wurde am TROPOS eingesetzt. Es sendet Laserlicht in unterschiedlichen Wellenlängen aus und analysiert das zurückgestreute Licht, um Informationen über die Partikel in der Atmosphäre zu gewinnen. Durch die Anwendung von Fluoreszenz-Lidar-Techniken können nun auch dünne Aerosolschichten, die mit herkömmlichen Methoden unentdeckt bleiben würden, identifiziert und analysiert werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass während der Sommermonate 2023 in Leipzig häufig Rauchschichten von kanadischen Waldbränden festgestellt wurden. Ein Beispiel hierfür ist die Nacht vom 4. bis 5. Juli 2023, als eine über zwei Kilometer dicke Rauchschicht über der Stadt festgestellt wurde. Diese Messungen konnten durch die neu implementierte Fluoreszenztechnologie, die im August 2022 hinzugefügt wurde, erheblich verbessert werden. Diese Technologie nutzt das Prinzip, dass Moleküle nach Laserbestrahlung auf längeren Wellenlängen nachleuchten, ähnlich wie fluoreszierende Stoffe unter UV-Licht.
Die Messungen über Leipzig verdeutlichen die Bedeutung dieser neuen Technik zur Identifizierung von Aerosoltypen. Insbesondere konnten mit der Fluoreszenz-Lidar-Technik mehrere fluoreszierende Aerosolstrukturen in Höhenlagen erkannt werden, die mit traditionellen Methoden nicht sichtbar waren. Dies könnte darauf hinweisen, dass die Atmosphäre über Europa während der Waldbrandsaison stärker verschmutzt ist, als bislang angenommen.
Ein zentrales Anliegen der Forschung ist das Verständnis, wie diese Aerosolpartikel die Wolkenbildung beeinflussen können. Aerosole spielen eine entscheidende Rolle als Kondensationskerne in Wolken und können deren Eigenschaften erheblich beeinflussen. Neuere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass das heterogene Gefrieren in hohen Eiswolken, insbesondere durch Rauchpartikel von Waldbränden, noch genauer untersucht werden sollte.
Ein herausragendes Beispiel für die Anwendung der Fluoreszenz-Lidar-Technik war die Messung in der Nacht vom 29. bis 30. Mai 2023, als die Forscher die Wechselwirkungen von Rauchpartikeln und Zirruswolken analysierten. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Rauchpartikel als Eiskeime fungieren könnten, was die Wolkenbildung beeinflusst. Diese Erkenntnisse sind von großer Bedeutung, da sie das Verständnis über die Rolle von Rauchpartikeln in der Atmosphäre erweitern.
Die Ergebnisse der Messungen deuten darauf hin, dass die dünnen Rauchsichtungen in großen Höhen möglicherweise keine signifikante direkte Auswirkung auf die einfallende Sonnenstrahlung haben, jedoch in einer ansonsten relativ sauberen Atmosphäre als zusätzliche Quelle für Wolken wirken könnten. Dies könnte potenziell weitreichende Auswirkungen auf das Klima haben.
Die Forscher am TROPOS planen, ihre Arbeiten im Rahmen des Leibniz-WissenschaftsCampus „BioSmoke“ weiterzuführen, das sich mit den Auswirkungen von Rauchaerosolen auf die Atmosphäre beschäftigt. Zukünftige Entwicklungen der Fluoreszenz-Lidar-Technologie sollen dazu beitragen, die komplexen Zusammenhänge zwischen Aerosolen und atmosphärischen Prozessen besser zu verstehen und genauere Vorhersagen über klimatische Veränderungen zu ermöglichen.
Insgesamt zeigt die Verwendung der Fluoreszenz-Lidar-Technik vielversprechende Ansätze zur Analyse von Aerosolschichten und deren Auswirkungen auf die Wolkenbildung. Die Ergebnisse dieser Forschungen könnten nicht nur unser Wissen
