Forschung auf der Zugspitze 24.06.2011, 12:09 Uhr

Atmosphärenforschung im Schneefernerhaus

Ursprünglich als Hotel gebaut, ist das Schneefernerhaus auf der Zugspitze heute ein weltweit einmaliges Forschungslabor. Zehn Institutionen messen und experimentieren hier in 2650 m Höhe. Die Atmosphärenforschung hat Tradition auf Deutschlands höchstem Berg

Fast meint man, ein Raumschiff sei auf der Zugspitze gelandet – silbrig glänzt die Aluminiumfassade der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus (UFS) vor den rauen Felsen. In den elf Stockwerken und auf den vielen Terrassen genossen bis 1990 Hotelgäste das Alpenpanorama, heute stehen überall modernste Messgeräte. Fernab lokaler Luftverschmutzung ist die Zugspitze der ideale Ort für die Höhen-, Klima- und Umweltforschung.

Etwa für eine Messstation des „Global Atmosphere Watch“ (GAW), eines weltumspannenden Netzwerks der UN-Organisation für Meteorologie. Alle 29 Stationen messen in sauberer Höhenluft klimawirksame und reaktive Spurengase wie CO2, NO2, und Ozon sowie Aerosole oder die chemische Zusammensetzung des Regenwassers. Zusammen mit den Messungen der 300 Regionalstationen bilden die Daten den „globalen Hintergrund“, um Modelle zur Klimaprognose zu verbessern, die Wirkung der Klimapolitik zu überprüfen und den Zustand der Erdatmosphäre oder Veränderungen im Klimasystem genau zu erfassen.

Das Schneefernerhaus auf der Zugspitze betreibt Höhen-, Klima- und Umweltforschung

Solche Daten hätten höchsten Qualitätsanforderungen zu genügen, erklärte Ludwig Ries vom Umweltbundesamt, der die GAW-Station leitet. Die Messungen liefen zwar weitgehend automatisch, „aber man wartet die Geräte täglich“. Und sollte etwa die Zugspitzluft doch mal von Abgasen aus dem Tal belastet sein, werden die Messwerte aussortiert. „Erst diese Qualitätssicherung macht aus den Zahlenwerten wirklich belastbare Daten.“

Die GAW-Daten fließen u. a. in Klimamodelle ein. Zukünftig soll dies auch mit Messwerten geschehen, die Hannes Vogelmann vom Karlsruher Institut für Technologie auf der obersten Terrasse des Schneefernerhauses mithilfe der Lidar-Technik gewinnt. Lidar steht für „Light detection and ranging“, vereinfacht gesagt eine Entfernungsmessung via Laserstrahl.

„Wir wollen hier gleichzeitig Wasserdampf, das wichtigste Treibhausgas, und die Temperatur, den wichtigsten Klimaparameter, an einem Ort, bei Tag und bei Nacht bis weit in die Stratosphäre messen“, sagte Vogelmann. Das sei weltweit einmalig – und für die Klimaforschung von großer Bedeutung.

Der durch menschliche Emissionen verstärkte Treibhauseffekt lässt die Temperaturen steigen, dadurch verdunstet mehr Wasser, vor allem von der Meeresoberfläche – indirekt steigert der Mensch also auch den Gehalt der Atmosphäre am Treibhausgas Wasserdampf. Und das führt zu einem Dominoeffekt weiterer Rückkoppelungen, die den Treibhauseffekt verstärken können.

Daten aus dem Schneefernerhaus für präzisere Klimamodelle

Die Daten von der Zugspitze sollen helfen, diese Effekte in Klimamodellen präziser zu berechnen. Das bereits 2007 in Betrieb genommene Wasserdampf-DIAL (ein spektroskopisch arbeitendes Lidar), das auch bei Tageslicht messen kann, hat Vogelmann speziell für diese einmalige Anlage entwickelt. Er sendet bis zu 250 Mio. W starke, allerdings nur 2 ns kurze Laserpulse bis in 12 km Höhe.

Eine große Anlage sucht man in anderen Höhenforschungsstationen vergebens – sie passt in keine Materialseilbahn, Hubschraubertransporte sind extrem teuer, und meist sind auch die Gebäude zu klein. Doch das ehemalige Hotel ist nicht nur sehr geräumig, es hat auch einen Bahnhof im Keller – dort stiegen einst die Hotelgäste aus der Zahnradbahn. Heute endet die Fahrt für Touristen einige 100 m tiefer, zur UFS führt eine Seilbahn, und nur „Gütertransporte“ fahren noch bis ganz oben.

Manchmal aber muss auch hier der Hubschrauber ran – etwa um einen großen Schlitten heraufzubringen, auf dem eine Spezialkamera ein kurzes Stück mit den Wolken reisen soll, die immer wieder direkt über die Terrasse ziehen. Derzeit wird die Anlage in Göttingen getestet – vor dem teuren Transport muss alles sicher funktionieren.

In der UFS lässt sich aber schon jetzt mit einer stationären Spezialkamera beobachten, wie nur 5 µm bis 20 µm große Tröpfchen in einer Wolke herumwirbeln, zusammenstoßen, sich zu Regentropfen verbinden. „Die Vorgänge spielen sich in Millisekunden ab“, erläuterte Eberhard Bodenschatz vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, „deshalb ist die Beschreibung der Mikrophysik der Wolken so extrem schwierig.“

Die bewegliche Kamera soll diese Vorgänge für eine ganze Sekunde aufzeichnen und die Geheimnisse der Turbulenzen in den Wolken entschlüsseln. Mithilfe dieser Daten werden Klimamodelle u. a. besser berechnen können, unter welchen Bedingungen besonders dichte Wolken entstehen, die wie eine Wolldecke Wärme auf der Erde zurückhalten.

Zehn Institutionen erforschen im Schneefernerhaus das Klima

Drei Wissenschaftler, drei von zehn Institutionen, die auf Deutschlands höchstem Berg die Atmosphäre erforschen, sie arbeiten unabhängig voneinander, aber doch vernetzt, erklärte Michael Bittner vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und derzeit Leiter des Science Teams, in dem alle Institutionen vertreten sind.

„Wir führen die UFS als virtuelles Institut je nach Fragestellung arbeiten Forschergruppen zusammen. Die von den verschiedenen Partnern gemessenen Daten liegen auf den Servern des gemeinsamen Datenanalysezentrums und können von allen Wissenschaftlern in der UFS genutzt werden“, so Bittner.

Über eine Verbindung zum Leibniz-Rechenzentrum in München haben die Forscher außerdem Zugang zu anderen öffentlich zugängliche Daten und Informationen, z. B. können aktuelle satellitenbasierte Messungen über den Zustand der Atmosphäre aus dem Weltdatenzentrum für Fernerkundung der Atmosphäre bei der DLR in Oberpfaffenhofen abgerufen werden.

Auch Computermodelle sind bald direkt von der UFS aus abrufbar, um etwa die aktuelle Ausbreitung von Vulkanasche oder von Schadstoffen in der Atmosphäre zu verfolgen – wichtige Informationen für die umweltmedizinische Forschung.

Das Konzept des virtuellen Instituts wird bald auch international: Die UFS vernetzt sich mit den alpinen Forschungsstationen in Frankreich, Italien, Österreich, Slowenien und der Schweiz – so entsteht das virtuelle Alpen-Observatorium.

www.schneefernerhaus.de

Von Renate Ell

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