Fliegen für die Wissenschaft 04.04.2014, 16:19 Uhr

Saharastaub über Deutschland wird genau vermessen

Die riesigen Wolken aus Saharastaub, die derzeit in weiten Teilen Deutschlands die Sonne verschleiern, werden aktuell von zwei Forschungsflugzeugen der Fachhochschule Düsseldorf vermessen. Diese regelmäßig auftretenden Wolken aus Wüstenstaub beeinflussen das Klima auf der Erde. 

Im Auftrag des deutschen Wetterdienstes untersuchte das Team vom Labor für Umweltmesstechnik der FHD unter Leitung von Professor Dr. Konradin Weber am 3. April die Saharastaubwolke über dem Ruhrgebiet.

Im Auftrag des deutschen Wetterdienstes untersuchte das Team vom Labor für Umweltmesstechnik der FHD unter Leitung von Professor Dr. Konradin Weber am 3. April die Saharastaubwolke über dem Ruhrgebiet.

Foto: Labor für Umweltmesstechnik

Er ist klein, dieser Wüstenstaub aus der Sahara am Himmel. Seine flüssigen oder festen Teile kommen nur auf die Größe eines Hundertstels oder eines Tausendstels der menschlichen Haardicke. Schätzungen zufolge gelangen jährlich fünf Milliarden Tonnen sogenannter Aerosolpartikel durch natürliche oder vom Menschen verursachte Prozesse in die Atmosphäre. Der Wüstenstaub trägt hierzu etwa 1,5 Millionen Tonnen bei. Und die Sahara ist mit neun Millionen Quadratmetern – das entspricht etwa vier Fünfteln der Fläche Europas – die größte Quelle für Wüstenstaub und trägt zu 60 Prozent zur globalen Wüstenstaubemission bei.

Zwei Forschungsflugzeuge untersuchen Sahara-Staubwolke

Die Fachhochschule Düsseldorf hat aktuell gleich zwei Forschungsflugzeuge in der Luft, die die derzeitige Saharastaub-Wolke genau untersuchen. Gestern, am 3. April 2014, hoben die einmotorige Flight Design CT und die zweimotorige Diamond DA 42 das erste Mal vom Boden ab, um im Auftrag des Deutschen Wetterdienstes dem Wüstenstaub zu Leibe zu rücken.

Diese beiden Flugzeuge sind stauberprobt. Das Labor für Umweltmesstechnik der Fachhochschule Düsseldorf unter der Leitung von Professor Dr. Konradin Weber hat schon die unterschiedlichsten Untersuchungen in Eruptionswolken verschiedener Vulkane – darunter der so schön unaussprechliche Eyjafjallajökull auf Island, der Grimsvötn auf Island, der Ätna auf Sizilien und der Stromboli nördlich von Sizilien – durchgeführt.

Auf dem Hohen Peißenberg steht die älteste Bergwetterstation der Welt

Die beiden Flugzeuge fliegen bei ihren Messungen unterschiedliche Routen ab. Die Flight Design CT untersucht die Atmosphäre über dem Ruhrgebiet bis nach Frankreich hinein. Die Diamond DA 42 folgt einer Route vom Ruhrgebiet bis nach Hohenpeißenberg. Dort oben im oberbayerischen Landkreis Weilheim-Schongau befindet sich ein Sendeturm und ein  meterologisches Observatorium des Deutschen Wetterdienstes, das als die älteste Bergwetterstation der Welt gilt.

Das älteste Bergobservatorium der Welt erfasst seit 1781 meteorologische Daten. Durch das weltweite Klimaschutz-Abkommen 1993 hat sich der DWD gesetzlich verpflichtet, im Rahmen eines weltweiten Klimaüberwachungprogrammes (GAW) am Forschungsobservatorium auf dem Hohen Peißenberg in 1000 m über dem Meeresspiegel rund 80 km südwestlich von München eine Globalstation zu betreiben. Neben dem bereits seit 1967 laufendem Ozon-Messbetrieb werden daher seit 1995 zahlreiche Spurengase, Aerosole und Regeninhaltsstoffe überwacht und in Prozessstudien wissenschaftlich begleitet.

Das älteste Bergobservatorium der Welt erfasst seit 1781 meteorologische Daten. Durch das weltweite Klimaschutz-Abkommen 1993 hat sich der DWD gesetzlich verpflichtet, im Rahmen eines weltweiten Klimaüberwachungprogrammes (GAW) am Forschungsobservatorium auf dem Hohen Peißenberg in 1000 m über dem Meeresspiegel rund 80 km südwestlich von München eine Globalstation zu betreiben. Neben dem bereits seit 1967 laufendem Ozon-Messbetrieb werden daher seit 1995 zahlreiche Spurengase, Aerosole und Regeninhaltsstoffe überwacht und in Prozessstudien wissenschaftlich begleitet.

Foto: DWD

An Bord haben beide Flugzeuge hochmoderne Laser-Messtechnik zur Untersuchung von Stäuben. Während ihrer Flugstunden sammeln beide Flieger auch Staubproben in der Luft für eine spätere Untersuchung im Elektronenmikroskop. Wenn die Diamond an einer der DWD-Messstationen ankommt, so beginnt ein spektakuläres Schauspiel. Die Maschine schraubt sich dann in Spiralflügen in große Höhe hinauf und sammelt Messdaten aus der Sahara-Staubwolke.

Laserstrahl vermisst die Dicke der Wolken

Die Messstationen sondieren mit einem senkrecht nach oben gerichteten Laserstrahl die Saharastaubwolke bis in mehrere Kilometer Höhe. Dieses Profil der senkrechten Lasermessung wird Ceilometer genannt. Der Laser-Ceilograph misst die Laufzeit eines vom Boden senkrecht nach oben ausgesandten Lichtpuls eines Lasers zur Wolkendecke und zurück. Aus der Laufzeit und der Lichtgeschwindigkeit kann die Höhe der Staubwolken berechnet werden. Mit den spektakulären Spiralflügen in die Höhe der Diamond DA 42 entsteht ein perfektes Vergleichsmessprofil, um die Resultate der Ceilometer-Stationen mit denen der Forschungsflugzeuge zu vergleichen.

Wüstenstäube beeinflussen das Klima

Der Aufwand ist durchaus berechtigt. Denn der Saharastaub ist nicht nur lästiges Beiwerk ungünstiger Wetterkonstellationen, der die schöne Frühlingssonne eintrübt. Dieser Staub ist einer der großen Unbekannten im Spielfeld der globalen Klimaprognosen. Staub aus der Sahara wird regelmäßig aus Afrika nach Westen übe den Atlantik in die Karibik transportiert. „Gerade unter dem Aspekt der globalen Klimaveränderung ist es wichtig, genaue Kenntnis über die Eigenschaft der Wüstenaerosolpartikel in der Atmosphäre zu erhalten“, betont Professor Dr. Bernadett Weinzierl vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Ein kahler Baum steht am 2. April 2014 unter dunstiger Sonne auf einem Feld bei Eckernförde (Schleswig-Holstein). Sandkörner aus der Sahara verschleiern derzeit die Sonne über Norddeutschland. 

Ein kahler Baum steht am 2. April 2014 unter dunstiger Sonne auf einem Feld bei Eckernförde (Schleswig-Holstein). Sandkörner aus der Sahara verschleiern derzeit die Sonne über Norddeutschland. 

Foto: dpa/Christian Charisius

Denn diese winzigen Aerosolpartikel beeinflussen das Klima auf der Erde. „Trotz der großen Bedeutung der Wüsten als Partikelquell sind viele klimarelevante Eigenschaften der Wüstenstäube mit großen Unsicherheiten behaftet. So ist die Frage offen, wie sich die Größenverteilung der Staubpartikel während des Transportes über den Atlantik in die Karibik ändert und wie sich dadurch der Einfluss des Wüstenstaubes auf die Strahlungsbilanz der Erde verändert“, erklärt Weinzierl.

Aerosole absorbieren und reflektieren das Sonnenlicht gleichzeitig

Grundsätzlich haben diese feinen Aerosole in der Atmosphäre die Eigenschaft, die Strahlen der Sonne gleichzeitig zu absorbieren und zu reflektieren. Deshalb wirken sie sowohl klimaerwärmend als auch abkühlend. Unklar ist allerdings die Stärke dieser Faktoren.

Auch Hinweise auf die Feinstaubbelastung im Fokus der Forscher

Die Fachhochschule Düsseldorf will die Forschungsflüge auch in den nächsten Tagen fortführen und dabei auch den östlichen Teil Deutschlands miteinschließen. Die Wissenschaftler vom Labor für Umwelttechnik erhoffen sich von den Ergebnissen der Flüge wertvolle Informationen über die Ausbreitung des Saharastaubes. Ziel ist vor allem die Validierung und Verbesserung von Ausbreitungsmodellen für Saharastaub. Auch Hinweise über den Anstieg der Feinstaubbelastung durch den Transport von Saharastaub nach Deutschland sollen die Forschungsflüge aus Düsseldorf bringen. Denn so viel ist sicher: Der Saharastaub kommt wieder, so zuverlässig wie der Heuschnupfen die vielen Pollenallergiker im Frühling plagt.

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