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Wetterphänomen Monsun

Die zwei Gesichter des Monsun: Waschmittel und Dreckschleuder zugleich

| Autor / Redakteur: Dr. Susanne Benner* / Dr. Ilka Ottleben

Eine riesige Schmutzwolke über Südasien: die Atmospheric Brown Cloud entsteht jedes Jahr während der Wintermonate durch die Verbrennung von Biomasse und fossilen Brennstoffen und verschwindet im Frühjahr wieder. (Ausschnitt)
Eine riesige Schmutzwolke über Südasien: die Atmospheric Brown Cloud entsteht jedes Jahr während der Wintermonate durch die Verbrennung von Biomasse und fossilen Brennstoffen und verschwindet im Frühjahr wieder. (Ausschnitt) (Bild: NASA, Jeff Schmaltz, LANCE/EOSDIS Rapid Response)

Das weltweit größte Wetterphänomen, der südasiatische Monsun, reinigt die Luft effizient wie ein Waschmittel von Schadstoffen, ermöglicht aber auch deren Verteilung über den gesamten Globus.

Mainz – Es ist jedes Jahr das gleiche Phänomen. Während der Trockenzeit im Winter bildet sich durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen und von Biomasse über Südasien eine riesige Schmutzwolke: die „Atmospheric Brown Cloud“. Warum sie wieder verschwindet, sobald im Frühjahr die Regenzeit einsetzt, hat nun ein internationales Wissenschaftlerteam unter Federführung des Max-Planck-Instituts für Chemie und unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) herausgefunden. Demnach stärken Aufwinde, Gewitter und chemische Reaktionen die Selbstreinigungskraft der Atmosphäre, sodass Luftschadstoffe effizient aus der Luft gewaschen werden können. Die Schadstoffe jedoch, die nicht beseitigt werden, steigen getrieben durch den Monsun bis in die obere Troposphäre und verteilen sich dann weltweit.

Der Monsun und die „Atmospheric Brown Cloud“

Kein Wetterphänomen prägt Südasien so stark wie der Monsun: Die gigantische Luftströmung führt im Winter zu Trockenheit und Dürre, bringt im Sommer aber große Niederschlagsmengen. Der Monsun entsteht, da sich Luftmassen über dem Indischen Subkontinent in den Sommermonaten sehr stark aufheizen, und die warme Luft aufsteigt. Dadurch wird feuchte Ozeanluft angesaugt und strömt über das Land in Richtung Himalaya. Über der Region bilden sich riesige Wolken, aus denen es über Monate hinweg regnen kann, was die Wasserversorgung und die Ernten sichert.

Atmosphärenforscher vermuten schon seit längerem, dass die aufsteigenden Luftmassen zudem verschmutzte Luft hoch in die Atmosphäre transportieren, und zwar über die Regenwolken hinaus. „Nach unserer Vorstellung gelangen Schadstoffe und Schmutzpartikel durch die Konvektion in einen Antizyklon, einen riesigen Windwirbel, der sich oberhalb der Wolkenebene über Südasien bildet,“ so Jos Lelieveld, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemie. Geografisch zählen die Länder Bhutan, Nepal, Myanmar, Bangladesch, Tibet, Indien, Sri Lanka, Pakistan und Afghanistan zu Südasien. In dieser Region sind die Stickoxid- und Schwefeldioxidemissionen aus der Verbrennung von Kohle und anderen fossilen Energieträgern im letzten Jahrzehnt um fünfzig Prozent gestiegen. Aber auch andere Quellen, insbesondere die Verbrennung von Biomasse durch die vielen Menschen in der Region, nähren die Schmutzwolke.

Der Monsun transportiert Luftschadstoffe und beseitigt sie

Den Nachweis, dass der südasiatische Monsun tatsächlich Schadstoffe über die Wolkenschicht in große Höhen transportiert, lieferte nun eine aufwendige Expedition mit dem Forschungsflugzeug HALO: Im Jahr 2015 startete das Max-Planck-Institut für Chemie mit Kollegen des Forschungszentrums Jülich, des Karlsruher Instituts für Technologie und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Mission „Oxidation Mechanism Observations“ (OMO). „Unsere Forschungsflüge zeigten nicht zuletzt, dass die Atmosphäre durch den Monsun effizient von Schadstoffen gereinigt wird“, so der Expeditionsleiter Lelieveld.

Die Studie des Wissenschaftlerteams offenbart aber auch die Janusköpfigkeit des Monsuns, die wie die römische Gottheit zwei Gesichter hat: Ein Großteil der aus Südasien stammenden Schadstoffe, die bis über die Wolken des Monsuns befördert werden, wird durch die Selbstreinigungskraft im Antizyklon nicht beseitigt. Sie reichern sich vielmehr an und verteilen sich rund um den Globus. So gelangen beispielsweise nahezu zehn Prozent des Schwefeldioxids aus Südasien in die Stratosphäre, was wiederum Auswirkungen auf das Klima und die Ozonschicht hat. Der Monsun ist mithin nicht nur eine Art effizienter Waschmaschine für Schadstoffe, sondern trägt gleichzeitig auch zur weltweiten Luftverschmutzung bei.

HALO offenbart die Quellen der Luftverschmutzung und die Abbauprozesse

Die Erkenntnisse gewannen die Wissenschaftler aus Messungen in Ausläufern des Antizyklons: Mit dem Forschungsflugzeug HALO flogen sie im Juli und August zwischen dem östlichen Mittelmeer und dem Indischen Ozean bis zu 15 Kilometer hoch in den Monsunwirbel hinein und analysierten die Luftzusammensetzung. Sie kreuzten dabei auch Regionen über dem Nahen Osten, dem Mittelmeer und Nordafrika, um die Ausdehnung des Phänomens zu untersuchen.

Während der Messflüge bestimmten sie zahlreiche chemische Verbindungen, um Aufschluss über die Quellen der Luftverschmutzung und die chemischen Vorgänge in der Atmosphäre zu erhalten: Schwefel- und Stickoxide, Ozon, Aerosolpartikel, chlorhaltige Moleküle, Kohlenwasserstoffe und deren Abbauprodukte.

Mehr Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid, aber auch mehr Hydroxyl

Ihre Messflüge ergaben, dass beispielsweise die Konzentrationen an Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid innerhalb des Antizyklons im Vergleich zu außerhalb deutlich erhöht waren. „Die großen Schwefeldioxidmengen stammen aus Verbrennungsprozessen durch menschliche Aktivitäten und liegen um vieles höher als natürliche Hintergrundkonzentrationen“, so der Atmosphärenforscher Hans Schlager des DLR. Das wiederum bedeutet, dass ein wesentlicher Teil der Luftverschmutzung in Höhen bis zu 15 Kilometern transportiert wird. Zudem konnten die Forscher nachweisen, dass Indien eine bedeutende Schadstoffquelle ist. Zuvor wurde vermutet, dass ein großer Teil der Emissionen aus China stammen könnte, da das Einflussgebiet des Monsuns bis nach Ostasien reicht.

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