Extreme Verschmutzungswerte in der Arktis gemessen

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Das Eindringen der verschmutzten Luftmasse, fotografiert am 15. April 2020 von d
Das Eindringen der verschmutzten Luftmasse, fotografiert am 15. April 2020 von der EPFL-Forscherin. Julia Schmale

Während der internationalen MOSAiC-Expedition, die zwischen 2019 und 2020 in der Arktis durchgeführt wird, beobachteten Wissenschaftler der EPFL zwei Tage lang eine beunruhigende Klimastörung, die durch das Eindringen einer warmen Luftmasse verursacht wurde. Eine erste Untersuchung des Phänomens ermöglicht es, mehr darüber zu erfahren.

Zwischen dem 14. und 17. April 2020 verzeichneten die meteorologischen Sensoren an Bord der Polarstern einen starken Anstieg der Oberflächentemperatur von -30,8 auf fast null Grad. Ein Phänomen, das seit den ersten Messungen, die vor 40 Jahren begannen, im zentralen Arktischen Ozean noch nie beobachtet wurde. Der Eisbrecher transportiert Dutzende von Wissenschaftlern, die an der MOSAiC-Expedition beteiligt sind. Ziel der Expedition ist es, die Ursachen des sich beschleunigenden Klimawandels in der Arktis und seine Folgen besser zu verstehen. Fast ein Jahr lang haben Hunderte von Instrumenten Millionen von biologischen, chemischen und physikalischen Daten in Echtzeit erfasst, von den Tiefen des Ozeans bis zu den Wolken.

Zu den Wissenschaftlern an Bord gehörte auch Julia Schmale, Assistenzprofessorin mit Tenure Track an der EPFL und Leiterin des Forschungslabors für Extremereignisse (EERL), das sich im Alpole der EPFL Valais-Wallis befindet ( Siehe EPFL Aktuell vom 5. Mai 2020). In Zusammenarbeit mit der Postdoktorandin Lubna Dada und anderen Wissenschaftlern der MOSAiC-Expedition hat die Forscherin nun in der Zeitschrift Nature Communications eine erste Studie veröffentlicht, die Aufschluss über den Ursprung des 2020 auftretenden Phänomens gibt.

Die gesammelten Daten zeigen, dass eine stark verschmutzte Warmluftmasse aus dem Norden Eurasiens in die Atmosphäre eingedrungen ist. Ihre Studie ist die erste, die die chemischen und mikrophysikalischen Eigenschaften von Partikeln aufdeckt, die in die Atmosphäre gelangt sind.Die Ergebnisse wurden mit den Auswirkungen des Klimawandels auf die Wolkenbildung in Verbindung gebracht.

Überraschende Daten

"Wir wussten aus den Wettervorhersagen, dass eine warme Luftmasse kommen würde, aber das ist in dieser Region relativ häufig der Fall und kann natürlichen Ursprungs sein. Als wir uns die aufgezeichneten Daten genau ansahen, stellten wir etwas fest, was wir noch nie zuvor gesehen hatten", erzählt Julia Schmale. Durch häufiges Ablesen der von den Luftmessgeräten aufgezeichneten Daten bemerkt die Forscherin nicht nur, dass die Temperatur steigt, sondern unerwarteterweise auch, dass die Anzahl, die Massenkonzentration und das Potenzial zur Wolkenbildung zunehmen, weil die transportierten Partikel Rekordwerte erreichen. Ihre Kollegen an Bord der Polarstern haben ähnlich überraschende Daten über Schnee und Eis gesammelt.

Zurück an der EPFL analysiert die Forscherin die gesammelten Daten mit Hilfe der Chemikerin und Physikerin Lubna Dada. Diese stellt fest, dass die beobachtete Konzentration der Luftverschmutzung so hoch ist, dass sie den Jahresdurchschnitt der Stadt Zürich übersteigt. Und im Gegensatz zu den Partikeln in der Schweizer Stadt ist die Luftverschmutzung in der Arktis aufgrund der Schwefelsäure viel saurer und enthält weniger Nitrate. "Es ist beunruhigend, solche Daten in einer Region zu sehen, in der es keine Industrie oder andere vergleichbare Verschmutzungsquellen gibt", bezeugt Lubna Dada.

Analysen der Radardaten zeigten, dass die Partikel zur Bildung optisch dicker Wolken beitrugen, die wie eine undurchsichtige Wolkendecke wirkten und den Temperaturanstieg in Bodennähe verstärkten. Ein Phänomen, das später in der Saison erhebliche Auswirkungen auf das Schmelzen des Meereises haben kann.

Von der Arktis bis zu den mittleren Breiten.

Ein Schlüsselpunkt der Studie zeigt somit, dass diese Art von verschmutzenden Intrusionen einen starken Effekt auf die Strahlungsbilanz der Atmosphäre haben können, während sich natürliche Intrusionen anders verhalten. Aufgrund des Klimawandels werden diese Phänomene häufiger und treten über einen längeren Zeitraum auf. Allerdings wissen die Wissenschaftler noch wenig über die Konzentration der Luftverschmutzung, da diese von den Wettermodellen nicht berücksichtigt wird.

Die zentrale Arktis ist davon besonders betroffen und erwärmt sich dreimal so schnell wie der Rest des Planeten. Eine Situation, die dazu führt, dass das Polareis in einem noch nie dagewesenen Tempo schmilzt, mit unvorhersehbaren Folgen für die Ökosysteme und die atmosphärische Dynamik, die letztlich auch die mittleren Breitengrade betreffen.

Referenzen

Lubna Dada, Hélène Angot, Ivo Beck, Andrea Baccarini, Lauriane L. J. Quéléver, Matthew Boyer, Tiia Laurila, Zoé Brasseur, Gina Jozef, Gijs de Boer, Matthew D. Shupe, Silvia Henning, Silvia Bucci, Marina Dütsch, Andreas Stohl, Tuukka Petäjä, Kaspar R. Daellenbach, Tuija Jokinen, Julia Schmale, "Central Arctic Extreme Aerosol Event Triggered by a Warm Air-Mass Intrusion", Nature Communications, 8 September 2022.