Südpol-Überraschung: Mehr Mini-Partikel in der Luft als bisher bekannt

Die Antarktis ist der kälteste Ort unseres Planeten – eine Eiswelt am Rand der bewohnbaren Erde. Doch was hoch oben über diesem Kontinent passiert, betrifft nicht nur Pinguine und Polarforscher, sondern das Klima rund um den Globus. Gewaltige Eisflächen und dichte Wolken werfen große Mengen Sonnenstrahlung zurück ins All und kühlen damit die Erde wie ein natürlicher Schutzschild.

Gerät dieses empfindliche Gleichgewicht ins Wanken, steigen Temperaturen, verändern sich Niederschläge, und der Meeresspiegel kann schneller steigen – mit spürbaren Folgen bis nach Europa. Aus diesem Grund gilt die Wolkenbildung über der Antarktis als eine der entscheidenden Stellschrauben im weltweiten Klimasystem.

Forscher starten nach 20 Jahren neue Messflüge – Mini-Partikel entscheiden über Wolken und Klima

Um zu verstehen, wie stabil dieser „Klimaschutzschild“ wirklich ist, sind Forscher in die Luft gegangen. Ein Team des Alfred-Wegener-Instituts (AWI), des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) und des Max-Planck-Instituts für Chemie hat erstmals seit 20 Jahren wieder systematisch die Luft über der Antarktis untersucht. Im Fokus des Projektes SANAT (Spatial distribution of ANtarctic Aerosol and Trace gases) standen Aerosole – winzige Partikel, ohne die keine Wolke entstehen kann.

Diese Teilchen wirken wie Andockstellen für Wasserdampf. Erst wenn sich an ihnen Tröpfchen oder Eiskristalle bilden, entstehen Wolken. Je nachdem, ob es sich um Meersalz, Staub oder andere Stoffe handelt, verändern sich Dichte, Lebensdauer und Reflexionskraft der Wolken. Das entscheidet darüber, wie viel Sonnenenergie ins All zurückgeworfen wird – oder in der Atmosphäre bleibt.

Kaum Schmutz in der Luft über der Antarktis

Am Südpol ist die Atmosphäre außergewöhnlich partikelarm. Während über Europa oder Asien Millionen zusätzlicher Aerosole aus Industrie, Verkehr und Landwirtschaft in der Luft schweben, fehlt dieser Einfluss in der Antarktis fast vollständig. Dadurch fallen einzelne zusätzliche Partikel stärker ins Gewicht.

Schon geringe Veränderungen können dazu führen, dass sich mehr oder weniger Wolkentröpfchen bilden, Wolken heller oder dünner werden und Sonnenlicht unterschiedlich stark reflektiert wird. Selbst kleine Verschiebungen in dieser Balance verändern die Strahlungsbilanz über einem der klimatisch wichtigsten Räume der Erde.

„Um diese Wissenslücke zu schließen, untersuchen wir, aus welchen natürlichen und anthropogenen Quellen Aerosole stammen, unter welchen Bedingungen sich neue Partikel bilden und wie sich ihre Eigenschaften verändern, wenn sie in unterschiedlichen Höhen der Atmosphäre schweben oder über Ozeanen, Schelfeis und dem antarktischen Kontinent transportiert werden“, erklärt Dr. Zsófia Jurányi vom Alfred-Wegener-Institut.

Zehn Flüge bis zum 80. Breitengrad

Die Kampagne SANAT fand im Januar und Februar statt. Insgesamt absolvierte das Forschungsteam zehn Flüge, die an der deutschen Neumayer-Station III begannen und bis zum 80. südlichen Breitengrad führten. Damit erreichten die Wissenschaftler erstmals seit zwei Jahrzehnten auch das antarktische Plateau. Frühere Untersuchungen hatten sich ausschließlich auf Küstenregionen konzentriert.

„Die letzten vergleichbaren Messungen fanden vor 20 Jahren statt und die Kampagne damals konzentrierte sich nur auf die räumliche Verteilung von Aerosolen im antarktischen Küstenbereich“, sagt Dr. Frank Stratmann vom TROPOS.

Zum Einsatz kam das speziell ausgerüstete Forschungsflugzeug Polar 6. Während des Flugs zog es die Schleppsonde „T-Bird“ an einem 60 Meter langen Kabel hinter sich her. Die Sonde erfasste eigenständig Partikel in der Außenluft, während Bordgeräte gleichzeitig die chemische Zusammensetzung analysierten.

Zusätzlich griff das Team auf bestehende Messreihen an der Neumayer-Station III zurück. Dort werden seit 2019 Wolkenkondensationskerne und Eiskeime direkt in der Atmosphäre erfasst. In den Jahren 2023 und 2024 ergänzten Lidar- und Radar-Messungen die Datengrundlage und lieferten Informationen zur Struktur und Höhe der Wolken.

Unerwartet viele Partikel im Inneren

Die endgültige Auswertung läuft noch, doch erste Ergebnisse überraschen. „Im Landesinneren haben wir eine unerwartet hohe Aerosolkonzentration und interessante chemische Zusammensetzungen beobachtet“, sagt Prof. Stephan Borrmann vom Max-Planck-Institut für Chemie.

Das antarktische Plateau galt bislang als nahezu partikelfrei. Die Messungen zeichnen nun ein differenzierteres Bild. Offenbar gibt es dort mehr potenzielle Wolkenkeime als viele Modelle bisher annahmen. Klimamodelle berechnen, wie viel Sonnenenergie Wolken reflektieren oder speichern. Stimmen die Annahmen über die Partikel in der Luft nicht, entstehen Unsicherheiten bei der Prognose der weiteren Erwärmung.

„Mit diesen einzigartigen Daten hilft unsere Kampagne nicht nur, Wettervorhersagen und Klimasimulationen zu verbessern. Wir tragen auch dazu bei, die Wechselwirkung von Wolken mit Aerosolen besser zu verstehen und ihren Einfluss auf das zukünftige Klima abzuschätzen“, erklärt Jurányi.

Die Antarktis reagiert empfindlich auf Temperaturveränderungen und beeinflusst zugleich das globale Klimasystem. Je präziser die Daten zu Aerosolen sind, desto verlässlicher lassen sich Wetter- und Klimasimulationen berechnen.

Kurz zusammengefasst:

• Erstmals seit 20 Jahren haben Forscher die Luft über dem antarktischen Plateau direkt vermessen – und dort mehr Aerosole gefunden als erwartet. Diese Mini-Partikel sind die Grundlage jeder Wolke.
• Weil die Atmosphäre am Südpol extrem sauber ist, verändern zusätzliche Partikel besonders stark, wie Wolken entstehen und wie viel Sonnenlicht sie reflektieren. Schon kleine Unterschiede können die Strahlungsbilanz beeinflussen.
• Die neuen Messdaten der SANAT-Kampagne verbessern die Grundlage für Klima- und Wettermodelle. Sie liefern wichtiges Wissen zur Wolkenbildung in der Antarktis – einem zentralen Faktor im globalen Klimasystem.

Übrigens: Während neue Messflüge mehr Mini-Partikel in der Luft über dem Südpol zeigen, rechnet eine aktuelle Studie durch, was 2 oder 4 Grad Erwärmung konkret für Eis, Meereis und Pinguine bedeuten. Wie stark die Antarktis kippt – und was das für Meeresspiegel und Ökosysteme heißt – mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Philipp Joppe, MPI für Chemie