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Der Aerosolausstoss wurde verringert, um die Gesundheit der Menschen zu schützen
Neben ihrem positiven Klimaeffekt rufen Aerosole grosse Gesundheitsrisiken hervor. Weltweit bemühen sich Regierungen deshalb seit Jahrzehnten, die Emissionen zu reduzieren und die Luftqualität zu verbessern. In den vergangenen 70 Jahren haben viele Staaten grosse Fortschritte im Bereich der Luftqualität gemacht. Von diesen Massnahmen haben die menschliche Gesundheit und die Umwelt stark profitiert.
Die Einführung des Partikelfilters für Dieselmotoren vor 15 Jahren habe die gewünschte Wirkung gezeigt, sagt Gysel-Beer. «Der Rückgang der Schwebeteilchen ist deutlich in den Messdaten zu sehen, auch auf dem Jungfraujoch.» Die Atmosphäre sauberer zu machen, bedeute aber auch, die dämpfende Wirkung der Partikel auf die Erderwärmung zu reduzieren.
Somit stehen die Entscheidungsträger beim Klimaschutz vor einem Dilemma: Wir alle wollen saubere Atemluft, doch wenn es so weit kommt, lässt das die Klimaerwärmung schneller voranschreiten. Kaum jemand betrachtet es allerdings als eine gute Option, Schwebepartikel in der bodennahen Atmosphäre zu emittieren, um der Klimaerwärmung entgegenzutreten.
Menschengemachte Schwebepartikel kühlen seit 250 Jahren die Atmosphäre
Seit dem Beginn der Industrialisierung vor 250 Jahren stösst der Mensch vermehrt Aerosolpartikel in die Atmosphäre aus. Fabrikschornsteine, Kohlekraftwerke und heimische Holzfeuer erzeugten Russ, Schwefeldioxid und Feinstaub. Die Menge an Schwebepartikeln in der Atmosphäre schnellte in die Höhe. Dabei ist «Schwebepartikel» ein Sammelbegriff für mikroskopisch kleine feste oder flüssige Partikel, die in der Luft schweben: von Pflanzenpollen über Meersalz bis zu Feinstaub.
Auf das Klima wirkt die Luftverschmutzung wie ein menschengemachter Sonnenschirm. Die meisten Schwebepartikel reflektieren das Sonnenlicht und werfen es in den Weltraum zurück. Deswegen erreicht weniger Sonnenlicht den Erdboden, und die Erde heizt sich weniger stark auf.
Der Sonnenschirm-Effekt der Schwebepartikel wirkt dem Effekt der Treibhausgase entgegen. Diese verhindern, gleichsam wie eine wärmende Decke, dass die Erde Wärme an den Weltraum abgibt. Beide Effekte existieren parallel und interagieren miteinander.
Forscherinnen und Forscher vermuten, dass die Menge an Schwebepartikeln zwischen 1950 und 1970 ihren Höhepunkt erreichte. Damals detektierten Nasa-Satelliten sogar eine «globale Verdunkelung», da die Partikel in der Atmosphäre zunehmend die Erde verhüllten. Zur selben Zeit litt der industrialisierte Westen am stärksten unter den Konsequenzen der Luftverschmutzung: Smog in den Städten führte zu Gesundheitsproblemen, saurer Regen auf dem Land zu Schäden in den Wäldern.
Beginnend in den 1950er Jahren haben Regierungen zunehmend versucht, die Luft möglichst rein zu halten. Beispielsweise reduzierte China seine Schwefeldioxid-Emissionen um 70 Prozent. Experten schätzen, dass dies die gesamte nördliche Hemisphäre um 0,1 Grad erwärmt hat. Einen vergleichbaren Effekt gab es auch in den USA in den 1990er Jahren, als Filter in Fabrikschornsteine eingebaut wurden. Der Temperaturanstieg im Südosten des Landes betrug damals 0,3 Grad.
Expertinnen und Experten gehen davon aus, dass Auflagen für bessere Luftqualität die Temperaturen in Europa seit 1960 um rund 0,5 Grad haben ansteigen lassen.
Wolken sind ein Schwergewicht beim Klima-Kühlen
Schwebepartikel sind auch bei dem zweiten, das Klima kühlenden Prozess essenziell: Sie fördern die Wolkenbildung. «Ungefähr die Hälfte des reflektierten Sonnenlichtes wird an Wolken zurückgeworfen», erklärt die Meteorologin Ulrike Lohmann von der ETH Zürich. Somit ist der kühlende Effekt der Wolken weit grösser als der Effekt der Schwebepartikel allein. «Die kühlende Wirkung der Aerosole ist wie ein Floh auf einem Elefanten. Und der Elefant ist der Effekt der Wolken», sagt Lohmann. In ihrer Forschung nutzt sie Computersimulationen, um das Zusammenspiel von Schwebepartikeln, Wolken und Klima zu untersuchen.
Wolken entstehen zum Beispiel, wenn warme, feuchte Luft vom Erdboden aufsteigt. Sie kühlt sich dann auf ihrem Weg nach oben ab. Beim Abkühlen kondensiert der Wasserdampf an Schwebepartikeln in der Luft; es bilden sich Wolkentröpfchen. Dieser Prozess wird verstärkt, wenn Schwebepartikel anwesend sind. Das können Partikel aus Industrieabgasen sein, aber auch viele Schiffe haben solche Emissionen.
Viele Wolkentröpfchen zusammen formen die Wolken, beispielsweise Quellwolken. Diese reflektieren dann einen Teil des Sonnenlichtes ins All zurück, so dass weniger Licht auf den Erdboden fällt. Langfristig kühlt das das Klima.
Für ihre Klimasimulationen nutzt Ulrike Lohmann unter anderem die Messdaten, die Martin Gysel-Beer auf dem Jungfraujoch und an anderen Schweizer Messstationen erhebt. Im Rahmen des Forschungsinfrastruktur-Projekts Actris (kurz für Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure) werden diese Messdaten öffentlich zugänglich gemacht – so können Forscherinnen und Forscher wie Lohmann weltweit den Zusammenhang zwischen den Schwebepartikeln und dem Klimawandel anhand von Live-Daten analysieren.
Derzeit arbeiten die Forscher daran, die Aerosole noch feinmaschiger zu messen. Dazu will man zusätzlich zu den Daten aus den Messstationen am Boden auch Satellitenbilder und mit Flugzeugen registrierte Daten nutzen. Denn je lokaler die Messungen, desto eher können Forscher abschätzen, welche klimatischen Herausforderungen uns in der Schweiz noch bevorstehen – wenn die Konzentration der Treibhausgase weiter ansteigt und zugleich die Anzahl der Schwebepartikel in der Luft abnimmt.