Aerosol

Aerosole sind (meteorologisch gesehen) Bestandteile von Beimengungen der Atmosphäre als in ihr schwebende feste oder flüssige Teilchen. Das Max-Planck-Institut grenzt die Größe der Aerosolpartikel zwischen 1 nm (z. B. Sulfate, Nitrate, organische Verbindungen, Ruß, Viren) bis 100 μm (z. B. Bakterien, Pilzsporen, Pollen, Mineralstaub, Seesalz usw.) ein.

Wolkentröpfchen, Eiskristalle oder fallende Niederschläge zählen nicht zu den Aerosolen. Sichtbar werden Aerosole als Dunst, der die Atmosphäre trübt. In einer trüben Atmosphäre werden größere Strahlungsanteile absorbiert und reflektiert. Damit greifen Aerosole in den Energiehaushalt der Atmosphäre ein. Ihre Wirkung erstreckt sich sowohl auf den solaren Strahlungsanteil, was wir an der Trübung wahrnehmen können, wie auch auf die von der Erde ausgehenden Strahlungsströme. Insgesamt überwiegen die Einflüsse auf die solare Strahlung (Sonnenstrahlung). Vulkanausbrüche können besonders hohe Aerosolkonzentrationen verursachen, die für eine deutlich geringere solare Einstrahlung und damit für eine Abkühlung der Erdatmosphäre sorgen.

Aerosole können auf direktem Wege in die Atmosphäre gelangen (Industrielle Partikelemission, Winderosion, Vulkanausbrüche u.a.) oder aus der Umwandlung von Gaspartikeln entstehen. Rauch und sehr feiner Staub besteht aus festen in Luft suspendierten Teilchen. Vulkanausbrüche können besonders hohe Aerosolkonzentrationen verursachen, die für eine deutlich geringere solare Einstrahlung und damit für eine Abkühlung der Erdatmosphäre sorgen.

Beispiel 1: CALIPSO entdeckte Aschepartikel vom isländischen Vulkan Eyjafjallajokull

Während der Eruptionsserie des Vulkans Eyjafjallajokull stieg über Südisland eine kieselsäurereiche Wolke aus Asche, Rauch und Dampf in die Atmosphäre auf. Erschöpfte Reisende saßen auf den Flughäfen fest, als der Flugverkehr über dem Atlantik und über Teilen Europas zum Erliegen kam. Ein europäischer geostationärer Satellit verfolgte die Bewegung der Aschewolken, die von Westwinden hoch über den Ozean und in Richtung Nordeuropa getragen wurden. Währenddessen maß der NASA-Satellit CALIPSO mit seinem Lidar-Instrument und Infrarotsensoren die Höhe und Dicke des in die Atmosphäre geschleuderten Materials. Zusammen lieferten die Satelliten ein noch nie dagewesenes Bild von den Folgen des Ausbruchs.

Aschepartikel am 17. April 2010 über Frankreich Quelle: NASA

Die Bedeutung von Aerosolen ergibt sich daraus, dass sie

1. als Kondensationskerne wirken,
2. die Strahlung absorbieren oder streuen und so den Strahlungshaushalt oder die Optik der Atmosphäre verändern,
3. an ihren Oberflächen chemische Prozesse ablaufen, welche die Zusammensetzung der Atmosphäre verändern und
4. dass sie schädigende Wirkung haben können.

Die europäische Geschichte ist voller Hinweise auf Niederschlagsereignisse, bei denen Regen oder Schnee braun, gelb oder dunkelrot wurden. Sogenannter Blutregen wurde von Cicero und Plinius d.Ä. erwähnt, von Geoffrey of Monmouth und von Autoren während des gesamten Mittelalters.

Die Ereignisse wurden oft als böses Omen für menschliches Leid gedeutet. Als roter Regen im Jahr 191 v. Chr. den römischen Senat unter Wasser setzte, schilderte der römische Geschichtsschreiber Livius die Reaktion wie folgt: „Da die (Stadt-)Väter durch diese wundersamen Ereignisse beunruhigt waren, ordneten sie an, dass die Konsuln erwachsene Menschen an jene Götter opfern sollten, die sie für angemessen hielten.“ Tausende von Jahren später treten rot gefärbte Niederschläge in bestimmten Abständen noch immer in Europa auf, allerdings mit weniger dramatischen Auswirkungen.

Beispiel 2: Blutregen und Blutschnee aus Saharastaub

Am 29. Mai 2013 nahm der Ozone Mapping Profiler Suite (OMPS) auf dem Suomi NPP-Satelliten diese Ansicht eines großräumigen Staubereignisses über Afrika und dem südlichen Europa auf. Staubwolken erstreckten sich über der Türkei, Griechenland, Albanien, Montenegro, Serbien und Teilen von Bosnien-Herzegowina. Die Aerosolkonzentration in der Luft wird quantitativ durch den sog. Aerosolindex angegeben, wobei die höchsten Konzentrationen dunkelrot und die geringsten in hellgelb dargestellt sind. Die größten Staubfrachten scheinen aus der Nähe der Bodele-Depression im Tschad zu kommen.

Blutregen und Blutschnee aus Saharastaub S. a. MODIS-Echtfarbenbild des Satelliten Terra vom gleichen Ereignis Quelle: NASA

Weitere Informationen:

• Aerosols: More Than Meets the Eye (NASA)
• Aerosols: Tiny Particles, Big Impact (NASA)
• Portrait of Global Aerosols (NASA)
• Colored Rains Often Begin with Dust (NASA)
• A Clearer View of Hazy Skies - Remote Sensing Provides a Global Perspective on Pollution in the Atmosphere (NASA Earth Observatory)
• Globale Überwachung von Vulkanemissionen mit Satelliteninstrumenten (MPIC)
• Aerosolsondierung mit Hilfe des DWD Ceilometer Netzwerks (DWD)
• Aerosol (DWD)
• GAW Aerosol Research (WMO)
• Seasons of Indian Air Quality (NASA Earth Observatory 2014)
• Tracking Dust Across the Atlantic (NASA Earth Observatory 2013)
• The Global Toll of Fine Particulate Matter (NASA Earth Observatory 2013)
• Cloud-Aerosol Transport System - Projektseite (NASA)
• Satellite Tracks Saharan Dust to Amazon in 3-D - downloadbares Video (NASA 2015)
• Satellites track unusual Saharan dust plume (ESA 2020)
• Aerosol Optical Depth (NASA Earth Observatory 2021)
• How Dust Affects the World’s Health (NASA Earth Observatory 2023)