Mehr als 80 % aller langlebigen Kondensstreifen bilden sich nicht im wolkenfreien Himmel, sondern in bestehenden Eiswolken. Das zeigt eine Studie des Forschungszentrums Jülich, die am Montag (3. November) im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht wurde.
Die Klimawirkung dieser „eingebetteten“ Kondensstreifen ist bislang kaum erforscht. Aber fest steht: Kondensstreifen wirken stärker auf das Klima als die direkten CO₂-Emissionen des Luftverkehrs.
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Was sind Kondensstreifen?
Kondensstreifen entstehen, wenn sich heißes Abgas aus Flugzeugtriebwerken in etwa 10 km Höhe mit kalter Luft vermischt. In trockener Luft lösen sie sich meistens schnell wieder auf. In feuchter Luft können sie aber mehrere Stunden überstehen und sich zu ausgedehnten, eiswolkenartigen Strukturen entwickeln. Sie ähneln dann den natürlich vorkommenden „Zirren“, hohen, dünnen Eiswolken in etwa 5 km bis 10 km Höhe.
Bisher ging die Forschung davon aus, dass sich diese langlebigen Kondensstreifen vor allem im wolkenfreien Himmel bilden und dort ihre klimaschädliche Wirkung entfalten. Die neue Studie zeigt jedoch, dass sie in 80 % der Fälle innerhalb bereits vorhandener Zirren entstehen. Über dem Nordatlantik und den nördlichen Mittelbreiten liegt der Anteil laut der Nature-Studie sogar bei rund 90 %.
Welche Auswirkung das auf das Klima hat, ist bislang kaum erforscht.
Wie kommt es zu dem Klimaeffekt?
Die aus Kondensstreifen entstandenen Zirren wirken insgesamt stärker auf das Klima als die direkten CO₂-Emissionen des Luftverkehrs. Der Grund: Sie halten einen Teil der von der Erde abgestrahlten Wärme in der Atmosphäre zurück. Das trägt zur Erderwärmung bei.
Wie stark dieser Effekt ist, hängt von den Umgebungsbedingungen ab. Bilden sich Kondensstreifen-Zirren im wolkenfreien Himmel oder in dünnen Eiswolken, verstärken sie meist den Treibhauseffekt: Das Sonnenlicht durchdringt die eher dünnen Eiswolken und wird von der Erde absorbiert. Anschließend wird die Wärme von der Eiswolke wie in einem Mantel eingeschlossen – die Atmosphäre erwärmt sich weiter.
Treten die künstlichen Zirren dagegen in sehr dichten Wolken auf, sodass die Sonne kaum noch zu sehen ist, wird das Sonnenlicht von der Wolke reflektiert und erreicht die Erdoberfläche kaum. In diesem Fall wirken die Abgas-Eiswolken sogar leicht kühlend.
Sieben Jahre Messdaten über dem Nordatlantik
Für ihre Studie nutzten die Jülicher Forscher mit Partnern der Universitäten Mainz, Köln und Wuppertal Messdaten für Temperatur und Wasserdampf, die von 2014 bis 2021 über dem Nordatlantik von Verkehrsflugzeugen gesammelt wurden. Diese Flugzeuge sind Teil der Europäischen Forschungsinfrastruktur IAGOS (In-service Aircraft for a Global Observing System), die das Forschungszentrum Jülich mitkoordiniert. IAGOS-Flugzeuge besitzen Messgeräte, die während des Linienbetriebs kontinuierlich Daten aus der Atmosphäre erfassen.
Die Analyse umfasst mehr als 17 Mio. Datenpunkte aus sieben Jahren kontinuierlicher Messungen. Jeder Datenpunkt entspricht etwa 1 km Flugstrecke in Reiseflughöhe zwischen 200 hPa (Hektopascal) und 350 hPa Luftdruck – genau dort, wo sich Kondensstreifen typischerweise bilden.
Welche Bedeutung haben die Erkenntnisse für die Luftfahrt?
Martina Krämer aus dem Institutsbereich Stratosphäre (ICE-4) formuliert die entscheidende Erkenntnis: „Wenn die meisten langlebigen Kondensstreifen ohnehin in natürlichen Wolken auftreten, könnte es sinnvoller sein, klimaschonendere Flugrouten nicht nur nach wolkenfreiem Himmel, sondern auch nach bestehenden Eiswolkenstrukturen zu planen.“
Die Ergebnisse der Studie haben internationale Relevanz. So sollen sie in die laufenden Aktivitäten der Weltwetterorganisation (WMO), der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation (ICAO), der Europäischen Agentur für Flugsicherheit (EASA) sowie der Luftfahrtindustrie einfließen. Das Ziel: die Entwicklung einer Strategie zur Flugplanung, die Eiswolken umgeht und damit klimaschädliche Kondensstreifen reduziert.
Wasserstoff-Antriebe für weniger Kondensstreifen?
Neben der optimierten Routenplanung könnten auch alternative Treibstoffe mit weniger Rußpartikeln die Kondensstreifen-Bildung reduzieren – VDI nachrichtenberichtete. Denn Rußpartikel aus dem Flugzeugabgas dienen als Kristallisationskeime für Eiskristalle: Weniger Ruß bedeutet potenziell weniger Kondensstreifen.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erforscht daher Wasserstoffantriebe, die flüchtigere Kondensstreifen erzeugen. Denn ohne Gegenmaßnahmen könnten die Klimaeffekte von Kondensstreifen bis 2050 laut DLR deutlich zunehmen.
Auch in Zukunft dürften die IAGOS-Flugzeuge eine zentrale Rolle bei der Entwicklung solcher Strategien spielen. Die deutsche Beteiligung an dem Projekt unterstützt das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR, früher BMBF) seit mehreren Jahren unter Koordination von Andreas Petzold vom Forschungszentrum Jülich.
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