Mit Forschungsflieger HALO Klimawandel am Nordpol erforschen

Wissenschaftler untersuchen mit Messflügen in die Arktis den dramatischen Klimawandel am Nordpol. Mit den Daten wird auch eine Satellitenmission vorbereitet.

Die Arktis zählt zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Regionen der Erde – sie erwärmt sich rund viermal schneller als der globale Durchschnitt. Warum das so ist und welche Auswirkungen das hat, erforscht derzeit eine großangelegte Messkampagne unter der Leitung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Goethe-Universität Frankfurt.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen mit gezielten Messflügen über die Region Ursachen und Folgen der Erderwärmung besser verstehen. Die Mission trägt den Namen ASCCI – Arctic Springtime Chemistry-Climate Investigations und lief bis zum Frühjahr 2025.

Im Fokus stehen dabei vor allem chemische Prozesse in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre – also in Höhen zwischen fünf und 15 Kilometern. "Wir untersuchen insbesondere, wie Ozon und Wasserdampf in diesen Luftschichten den arktischen Klimawandel beeinflussen oder selbst davon beeinflusst werden", erklärt Professor Björn-Martin Sinnhuber vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung des KIT, der die Kampagne gemeinsam mit Professor Andreas Engel von der Universität Frankfurt koordiniert.

Kälteste Stratosphäre seit Messbeginn

Besonders im Frühjahr kann es in der Stratosphäre zu einem verstärkten Abbau der Ozonschicht kommen – ähnlich wie beim bekannten antarktischen Ozonloch. "Es gibt in der Stratosphäre wärmere und kältere Winter, das ist eine ganz normale Variabilität von Jahr zu Jahr. Darüber hinaus beobachten wir aber, dass durch die Zunahme von Treibhausgasen die Stratosphäre immer kälter wird, während die Temperaturen am Boden und in der Troposphäre immer weiter ansteigen", so Sinnhuber.

Die Messungen des vergangenen Winters bestätigen diesen Trend: "In diesem Winter waren die gemessenen Temperaturen in der arktischen Stratosphäre kälter als je zuvor." Dabei kommt erschwerend hinzu, dass trotz eines Produktionsstopps für Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) diese Substanzen noch Jahrzehnte in der Atmosphäre verbleiben. Bei Temperaturen unter minus 78 Grad Celsius werden die Chlorverbindungen chemisch so umgewandelt, dass sie die Ozonschicht schädigen können.

"Unsere Messungen von der Universität Frankfurt quantifizieren, wie viel ozonschädigendes Chlor und Brom in der Stratosphäre vorhanden ist", erklärt Engel. "Es reicht auf jeden Fall noch aus, um bei den kalten Bedingungen chemische Prozesse anzustoßen, die zu menschgemachtem Ozonabbau führen können."

Ein weiterer Einflussfaktor: der Unterwasservulkan Hunga-Tonga, dessen gewaltiger Ausbruch vor drei Jahren große Mengen Wasserdampf in die Stratosphäre geschleudert hat – weit mehr als üblich. Welche Auswirkungen das auf die empfindliche Balance der Ozonschicht hat, wollen die Forschenden im Rahmen der ASCCI-Kampagne ebenfalls untersuchen.

Schadstoffe als kurzfristige Klimatreiber

Neben den chemischen Prozessen interessiert die Forschenden auch der Einfluss von Luftschadstoffen. "Im Frühjahr werden vermehrt Schadstoffe in die Arktis transportiert, die dort als kurzlebige Treibhausgase wirken können", erläutert Sinnhuber. Auch diese Prozesse sollen mit speziellen Messflügen untersucht werden.

Zum Einsatz kommt dabei das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betriebene Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft), das für die Dauer der Mission im nordschwedischen Kiruna stationiert ist. An Bord: das hochpräzise Infrarotspektrometer GLORIA, das vom KIT gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde. Es gehört zu den wenigen Instrumenten weltweit, die vertikale Verteilungen zahlreicher Spurenstoffe in großer Höhe hochaufgelöst messen können.

Vorbereitung für neue Satellitenmission

Die Ergebnisse der ASCCI-Mission sind nicht nur für die aktuelle Klimaforschung relevant, sondern sollen auch die Satellitenmission CAIRT, die dazu gedacht ist, Klimaereignisse besser vorherzusehen. vorbereiten. Ziel dieser von der Europäischen Weltraumorganisation ESA geplanten Erdbeobachtungsmission ist es, das Verhalten der Atmosphäre unter dem Einfluss des Klimawandels besser zu verstehen. Das Konzept, koordiniert vom KIT, ist einer von zwei verbliebenen Finalisten im Wettbewerb um den künftigen ESA-Satelliten "Earth Explorer 11". Eine Entscheidung soll in der zweiten Jahreshälfte 2025 fallen.

Neben dem KIT und der Goethe-Universität Frankfurt sind an der ASCCI-Kampagne auch das Forschungszentrum Jülich, das DLR, die Universität Heidelberg, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz sowie die Bergische Universität Wuppertal beteiligt.