Die weißlichen Kondensstreifen von Flugzeugen sind an klaren Tagen kaum zu übersehen. Welche Klimaeffekte diese menschengemachten Wolken heute und in Zukunft entfalten, haben nun zwei deutsche Forscherinnen näher untersucht. Das Ergebnis: Bis zum Jahr 2050 wird es durch den zunehmenden Flugverkehr deutlich mehr Kondensstreifen am Himmel geben – ihre Klimawirkung steigt dadurch um das Dreifache. Durch die vermehrte Bildung von Schleierwolken könnte sich die obere Atmosphäre in Zukunft weiter erwärmen, wie die Forscherinnen erklären. Wie sich allerdings die Temperaturen am Boden dadurch verändern werden, ist bislang unklar.
Neben irdischen Quellen von Treibhausgas-Emissionen gehört auch der Luftverkehr zu den Faktoren, die den Klimawandel begünstigen. Zum einen stoßen die Kerosin-betriebenen Triebwerke der Flugzeuge große Mengen an CO2 und anderen Klimagasen aus. Zum anderen aber setzen sie Ruß und andere Schwebstoffe frei. Diese winzigen Partikel wirken in den Flughöhen von acht bis zwölf Kilometern als Kristallisationskeime: Wassermoleküle lagern sich an und es entstehen Eiskristalle und damit Eiswolken – die Kondensstreifen. Aus diesen Kondensstreifen können sich später Cirruswolken entwickeln – feine, weißliche Schleierwolken in großer Höhe. Von diesen Cirruswolken ist bekannt, dass sie eine beträchtliche Klimawirkung entfalten. Forscher schätzen, dass sie die Strahlenbilanz der Erde mindestens genauso stark beeinflussen wie der gesamte CO2-Ausstoß der Luftfahrt.
Dreifach stärkere Klimawirkung
Doch wie werden sich Kondensstreifen und die von ihnen begünstigten Cirruswolken in Zukunft entwickeln? Und welche Klimaeffekte sind zu erwarten? Das haben nun Lisa Bock und Ulrike Burkhardt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) näher untersucht. “Die Flugstrecken von Passagieren werden sich den Vorhersagen nach alle 15 Jahre ungefähr verdoppeln. Die Luftverkehrs-Inventur AEDT schätzt, dass sich das Luftverkehrsaufkommen im Jahr 2050 gegenüber 2006 vervierfacht haben wird”, berichten die Forscherinnen. Welchen Einfluss dies auf die Bildung von Kondensstreifen weltweit hat und wie diese die Strahlungsbilanz beeinflussen, haben Bock und Burckhardt mithilfe eines globalen Atmosphärenmodells analysiert. Dabei simulierten sie die Effekte des steigenden Luftverkehrs einmal mit und einmal ohne eine gemäßigte globale Erwärmung
Wie erwartet ergaben die Analysen, dass die Zahl der Kondensstreifen und auch ihre Klimawirkung durch den zunehmenden Flugverkehr zunehmen wird. “Der vierfache Anstieg des Luftverkehrs wird unseren Berechnungen nach einen dreifachen Anstieg des Strahlungsantriebs durch Kondensstreifen-Cirren verursachen – von 49 auf 159 mW pro Quadratmeter”, berichten die Forscherinnen. Den größten Anteil an diesem Effekt wird wie schon heute der Flugverkehr über Europa und Nordamerika haben – den beiden am stärksten frequentierten Lufträumen. Überraschenderweise scheint das Ausmaß des Klimawandels bis 2050 für die Kondensstreifenbildung und den damit verknüpften Klimaeffekt jedoch kaum eine Rolle zu spielen: Über den Tropen gibt es eine geringe Abnahme, über Europa und Nordamerika eine leichte Zunahme, wie die Modelle zeigten. “Diese beiden Effekte kompensieren sich aber gegenseitig fast vollständig”, berichten Bock und Burckhardt.
Auch Flughöhen und Rußemissionen spielen eine Rolle
Neben dem Zuwachs durch immer mehr Flugzeuge spielt aber auch eine Verschiebung der Flughöhen eine Rolle, wie die Forscherinnern erklären. Dank technischer Fortschritte können Flugzeuge in Zukunft in größeren Höhen fliegen, wodurch der Luftwiderstand sinkt und damit auch der Treibstoffverbrauch. Diese Verschiebung aber beeinflusst je nach geografischer Breite auch die Bildung von Kondensstreifen: “In den gemäßigten Breiten können sich in größerer Höhe weniger Kondensstreifen bilden, weil dort die Luftfeuchte geringer ist”, erklären die Wissenschaftlerinnen. In Europa sinkt der Strahlungsantrieb durch Kondensstreifen dadurch bis 2050 um rund 48 Prozent. Anders ist dies in den Tropen: Dort bilden sich bisher nur wenige Kondensstreifen und flugzeugbedingte Cirruswolken, weil es in Reiseflughöhe zu warm für Eiskristallbildung ist. Steigen die Flughöhen jedoch, werden dort die Bedingungen für solche Wolken günstiger. Vor allem über Asien wird sich daher die Zahl der Kondensstreifen und ihr Klimaeffekt erhöhen, so Bock und Burkhardt.
Damit ist klar: Insgesamt wird sich der Einfluss des Flugverkehrs auf die Strahlungsbilanz der Erde verstärken. Welche Folgen aber hat dies konkret für unser Klima? “Die Hauptwirkung der Kondensstreifen-Cirren ist eine Erwärmung der oberen Atmosphäre und eine Veränderung der natürlichen Bewölkung”, erklärt Burckhardt. Wie sich dies aber auf die Temperaturen am Boden und damit auf die globale Erwärmung auswirkt, ist bislang unklar. Der Grund: Einerseits reflektieren hohe, helle Wolken einen Teil der Sonneneinstrahlung und wirken so kühlend. Andererseits jedoch halten die Schleierwolken einen Teil der Wärmeabstrahlung von der Erde zurück und haben damit einen Treibhauseffekt. Welcher dieser Effekte überwiegt, ist strittig. Einige Studien legten aber kürzlich nahe, dass die wärmende Wirkung überwiegen könnte.
Als Gegenmaßnahme könnte es sinnvoll sein, die Emission von Ruß und anderem Feinstaub aus den Düsentriebwerken der Flugzeuge zu verringern, sagen die Forscherinnen. Denn dann werden weniger Kristallisationskeime in die Atmosphäre abgegeben und es entstehen weniger Kondensstreifen und Cirruswolken. “Eine Halbierung der freigesetzten Partikel könnte die Strahlungswirkung der Kondensstreifen-Cirren im Jahr 2050 immerhin um 14 Prozent verringern”, berichten Bock und Burckhardt. Dadurch allein aber lasse sich die zunehmende Klimawirkung des Flugverkehrs nicht eindämmen.
Quelle: Lisa Bock und Ulrike Burkhardt (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Oberpfaffenhofen), Atmospheric Chemistry and Physics, doi: 10.5194/acp-19-8163-2019
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