Saharastaub könnte sich auf eine bisher ungeahnte Weise aufs Klima auswirken: Eine neue Studie deutet darauf hin, dass bei der Reaktion von Saharastaub und Meeresgischt reaktive Chloratome entstehen, die das Treibhausgas Methan abbauen. Da die Reaktion vorwiegend mit einer bestimmten Art von Methan stattfindet, verschiebt sich dadurch die Methan-Signatur in der Atmosphäre. Sollte der Effekt weltweit eine Rolle spielen, könnte er bisher verschleiert haben, wie viel Methan tatsächlich aus biologischen Quellen freigesetzt wird.
Methan (CH4) ist als Treibhausgas um ein Vielfaches stärker als Kohlendioxid (CO2), wird allerdings durch verschiedene chemische Prozesse in der Atmosphäre schneller abgebaut. Dennoch gehen Schätzungen davon aus, dass die derzeitigen Methankonzentrationen, die 2,6-mal höher liegen als in der vorindustriellen Zeit, für ein Drittel der bisherigen Erwärmung verantwortlich sind. Ein großer Teil der Methanemissionen wird von Menschen verursacht – einerseits durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe, andererseits durch die Landwirtschaft. Zudem erhöht der Klimawandel die Freisetzung von Methan aus natürlichen Quellen wie Feuchtgebieten.
Bei Untersuchungen der Atmosphäre können Forschende mit Hilfe eines Tricks abschätzen, wie viel Methan aus fossilen und wie viel aus biologischen Quellen stammt: Der Kohlenstoff im Methan liegt in zwei verschiedenen stabilen Isotopen vor, C12 und C13, wobei Methan aus fossilen Quellen einen höheren C13-Anteil hat als solches aus biologischen Quellen. Verschoben wird das Verhältnis in der Atmosphäre durch Abbauprozesse. Dabei reagiert das leichtere C12-Methan schneller als das schwerere C13-Methan und wird daher bevorzugt abgebaut. Wenn es also darum geht, den Anteil an Methan aus verschiedenen Quellen abzuschätzen, beziehen Forschende die bisher bekannten Abbauprozesse in der Atmosphäre in ihre Berechnungen ein. Dennoch zeigten sich immer wieder saisonale Anomalien gegenüber dem erwarteten Verhältnis, die sich damit nicht erklären ließen.
Wüstenstaub und Meeresgischt
Eine Studie von einem Team um Maarten van Herpen von Acacia Impact Innovation in den Niederlanden legt nun nahe, dass bisher ein potenziell wichtiger Abbaumechanismus übersehen wurde: „Wir haben einen Mechanismus entdeckt, bei dem eine Mischung aus Saharastaub und Meeresgischt ein Aerosol bilden, das bei Aktivierung durch Sonnenlicht große Mengen an reaktivem Chlor erzeugt“, berichtet das Forschungsteam. Die Chloratome reagieren bevorzugt mit leichtem C12-Methan und bauen dieses ab, unter anderem zu Kohlenmonoxid (CO). Das führt dazu, dass das verbleibende Methan einen überproportionalen C13-Anteil hat, während beim Kohlenmonoxid der C12-Anteil höher ist als erwartet.
Für ihre Studie analysierten die Forschenden Luftproben aus der Region um die Insel Barbados im südlichen Nordatlantik. Diese Feldstudien ergänzten sie durch globale Modellierungen. Dabei zeigte sich, dass eisenhaltige Partikel aus dem über das Meer gewehten Saharastaub mit dem Meeressalz in der Gischt reagieren und auf diese Weise unter Einfluss von Sonnenlicht Chlor freisetzen. Zudem stellte sich heraus, dass die bisher unerklärlichen Schwankungen in der Isotopenzusammensetzung von Methan und Kohlenmonoxid rund um Barbados gut mit Phasen übereinstimmen, in denen besonders viel Saharastaub in diese Region geweht wurde.
Biologische Methanquellen unterschätzt
„Die jüngste Zunahme von Staub aus Nordafrika hat wahrscheinlich den Methanabbau in der Atmosphäre erhöht“, erklärt van Herpen. Co-Autor Matthew Johnson von der Universität Kopenhagen ergänzt: „Obwohl der Methanabbau durch das Aerosol aus Saharastaub und Meeresgischt im Hinblick auf das globale Methan relativ gering ist, zeigen unsere Daten, dass er große Veränderungen in der Häufigkeit von C13 im Methan verursacht, das zur Bestimmung der Quellenbeiträge verwendet wird.“ Da dieser Abbau bisher bei Berechnungen, wie viel Methan aus welcher Quelle stammt, nicht berücksichtigt wurde, überschätzten bisherige Studien den Anteil von Methan aus fossilen, C13-reichen Quellen, und unterschätzten den Anteil aus biologischen Quellen, die mehr C12 enthalten.
„Eine Anpassung der atmosphärischen Modellierung, um dies zu berücksichtigen, könnte zeigen, dass die Methanemissionen aus biologischen Quellen noch schneller ansteigen, als wir dachten“, sagt van Herpen. Sollte der im Nordatlantik beobachtete Effekt tatsächlich weltweit ähnlich sein, könnten die globalen Chlorkonzentrationen in der Atmosphäre 41 Prozent höher sein als bisher angenommen – mit entsprechenden Auswirkungen auf das Verhältnis der Kohlenstoffisotope im Methan.
Forschungshilfe durch Seeleute
Um den globalen Einfluss von Saharastaub-Gischt-Aerosolen besser zu verstehen, führt das Team bereits weitere Untersuchungen durch. „Dazu analysieren wir Luftproben aus dem gesamten Nordatlantik, die uns von Atmosphärenobservatorien und Handelsschiffen zur Verfügung gestellt werden“, berichtet van Herpen. „Seeleute helfen uns, unsere Forschung voranzutreiben, indem sie auf ihrer Fahrt durch die afrikanische Staubwolke Flaschen mit Luft füllen. Bisher haben wir 500 Fläschchen gesammelt. Die ersten Ergebnisse sehen sehr ermutigend aus, aber wir brauchen ein ganzes Jahr an Daten, bevor wir Schlussfolgerungen ziehen können.“
Quelle: Maarten van Herpen (Acacia Impact Innovation, Bernheze, Niederlande) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2303974120
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