Wolkenquelle: Ammoniak in der oberen Troposphäre nachgewiesen

27. November 2016, 07:00
1 Posting

Gas aus der Landwirtschaft könnte Aerosole bilden, die wiederum Wolken entstehen lassen

Karlsruhe – Die Bevölkerung wächst rasant – und damit steigt neben den schädlichen Klimagasen wie Kohlendioxid oder Methan auch der Anteil von Ammoniak (NH3) in der Atmosphäre. Ein internationales Wissenschafterteam hat nun erstmals den Schadstoff auch in der oberen Troposphäre nachgewiesen. Die Entdeckung legt nahe, dass das Gas für die Bildung von Aerosolen verantwortlich ist, kleinsten Partikeln, die wiederum zur Wolkenbildung beitragen können.

Ammoniak ist eine chemische Verbindung von Stickstoff und Wasserstoff und entsteht vor allem durch landwirtschaftliche Prozesse, besonders bei der Viehhaltung und bei der Düngemittelanwendung. Möglich wurde die weitverbreitete Anwendung von Ammoniak als Ausgangsstoff für Düngemittel durch die Entwicklung der künstlichen Ammoniaksynthese vor mehr als 100 Jahren. Die höchsten Ammoniakemissionen sind heute in Nordindien und Südostchina festzustellen. Infolge von Bevölkerungswachstum und Erderwärmung werden die Ammoniakemissionen zukünftig weltweit stark zunehmen.

Gasförmiges Ammoniak reagiert mit Säuren wie Schwefelsäure oder Salpetersäure zu den entsprechenden Ammoniumsalzen. Allerdings wirkt Ammoniak nicht nur als Schadstoff, der Ökosysteme belastet. Die Partikel der Ammoniumsalze können sich aneinanderlagern und Aerosolpartikel bilden, die als Kondensationskerne bei der Wolkenbildung wirken. Solche vom Menschen verursachten Aerosole wirken in der Atmosphäre kühlend und könnten einen Teil des anthropogenen Treibhauseffekts kompensieren.

Ammoniak per Satellit entdecken

Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, die vertikale Verteilung von atmosphärischem Ammoniak zu bestimmen. Untersuchungen zum Vorkommen von Ammoniak in der mittleren und oberen Troposphäre – diese stellt die unterste Schicht der Atmosphäre dar – lagen bisher kaum vor. Nun haben Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sowie der University of Colorado at Boulder und der Universidad Nacional Autónoma de México zum ersten Mal Ammoniak in der oberen Troposphäre nachgewiesen. Sie werteten dazu Daten aus, die das Infrarot-Spektrometer MIPAS auf dem europäischen Umweltsatelliten Envisat in den Jahren 2002 bis 2012 vornahm. Messgerät zeichnete hochaufgelöste Spektren im mittleren Infrarotbereich auf, in denen sich Gase eindeutig identifizieren lassen – jedes Gas sendet eine spezifische Infrarotstrahlung aus.

Die Wissenschafter errechneten den Durchschnitt dreimonatlicher Messungen in Gebieten von je zehn Grad Länge und zehn Grad Breite. So wiesen sie in zwölf bis 15 Kilometern Höhe im Bereich des asiatischen Monsuns eine erhöhte Konzentration an Ammoniak bis zu 33 pptv (33 Moleküle NH3 pro Billion Luftmoleküle) nach. Ähnlich hohe Konzentrationen traten zu keiner anderen Jahreszeit und in keiner anderen Region auf. "Die Beobachtungen zeigen, dass Ammoniak beim Aufsteigen der Luft in der Monsunzirkulation nicht vollständig ausgewaschen wird und so von der bodennahen Grenzschicht, wo das Gas in relativ hoher Konzentration vorkommt, in die obere Troposphäre gelangt", erklärt Michael Höpfner vom KIT. "Daher ist anzunehmen, dass ein Teil der Asiatischen Tropopausen-Aerosolschicht aus Ammoniumsalzen besteht."

Verfeinerte Modelle

Außerhalb des Bereichs des asiatischen Monsuns liegen die Konzentrationen von Ammoniak in der oberen Troposphäre unterhalb der Nachweisgrenze von wenigen pptv, wie die Forscher feststellten. Diese Erkenntnis kann dazu beitragen, globale Modelle zu verfeinern. Was den asiatischen Monsunbereich betrifft, soll 2017 eine große Messkampagne mit dem Instrument GLORIA, einer neuartigen Infrarot-Kamera, welche die von den atmosphärischen Gasen ausgesandte Wärmestrahlung in ihre Spektralfarben zerlegt, zeitlich und räumlich – horizontal und vertikal – deutlich feiner aufgelöste Ergebnisse zur Ammoniakkonzentration nahe der Tropopause – der Grenzfläche zwischen Troposphäre und der darüber liegenden Stratosphäre – liefern. (red, 26.11.2016)

Share if you care.