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CADEX untersucht Staub in Zentralasien

24.10.2014

Der Staub über Zentralasien spielt eine wichtige Rolle im Klimawandel in Zentralasien. Für das Verständnis ist die Kenntnis seiner Eigenschaften und seines Transports wesentlich.

Die Akademie der Wissenschaften von Tadschikistan und das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) führen dazu bis Herbst 2016 eine gemeinsame Messkampagne durch. Eine entsprechende Kooperationsvereinbarung haben beide Partner jetzt unterzeichnet und damit die Basis für das gemeinsame tadschikisch-deutsche Projekt CADEX (Central Asian Dust Experiment) gelegt.


Polly-XT ist Multiwellenlängen-Depolarisations-Raman-Lidar, das am TROPOS entwickelt wurde. Damit ist es möglich, die Konzentrationen und Zusammensetzung von Staub in der Atmosphäre zu bestimmen.

Foto: Dr. Dietrich Althausen/ TROPOS

Die geplanten Untersuchungen werden die ersten vertikal aufgelösten Messungen seit 1989 und die ersten Messungen mit einem Lidar an sich in Tadschikistan sein. Über die Menge und Zusammensetzung des Staubes dort ist bisher wenig bekannt, da es an Messtechnik in dieser Region mangelt.

In Zentralasien ist der Klimawandel bereits deutlich zu spüren: So sind die Gletscher Tadschikistans in den letzten Jahrzehnten um ein Drittel geschrumpft. Dabei spielen Staubablagerungen auf der Gletscheroberfläche eine Rolle, da sie die Oberfläche der Gletscher einschließlich der Strahlungseigenschaften verändern und zum Schmelzen des Eises beitragen. Tadschikistan ist von Trockengebieten und Wüsten umgeben.

Die Taklamakan-Wüste oder der teilweise ausgetrocknete Aralsee sind nur zwei der bekanntesten davon. Entsprechend häufig treten Staubereignisse auf, die weit über die Region hinausreichen. Dennoch gibt es bisher keine systematischen Langzeitbeobachtungen der Staubteilchen. Besonders über die vertikale Verteilung und die optischen Eigenschaften der Aerosolpartikel ist wenig bekannt. Solche Daten sind jedoch wichtig, um den Strahlungshaushalt und damit die Erwärmung der Atmosphäre genau berechnen zu können.

„Diese Wissenslücken wollen wir nun mit dem CADEX-Projekt in den nächsten zwei Jahren füllen“, erklärt Dr. Dietrich Althausen vom TROPOS. „Die Kollegen der Akademie der Wissenschaften von Tadschikistan werden dazu die Sonnenstrahlung am Boden messen sowie Wetterdaten beisteuern. Wir vom TROPOS werden eines unserer mobilen Lichtradare nach Duschanbe bringen und damit vom Boden aus die vertikalen Profile der Staubpartikel untersuchen.“ Diese Messungen sind nicht nur für die Beurteilung der Luftqualität wichtig, sie sind auch wissenschaftliches Neuland.

Die letzten Staubmessungen in der Atmosphäre über Tadschikistan stammen vom Herbst 1989 und sind damit über ein Viertel Jahrhundert alt. Damals hatte ein sowjetisch-amerikanisches Team Flugzeugmessungen an zwei Tagen im September durchgeführt. Der Dauereinsatz eines Lichtradares (auch Lidar genannt), das in Duschanbe auf rund 800 Metern über dem Meeresspiegel ein Jahr lang die Höhenverteilung der Partikel mit großer Auflösung messen soll, wird also eine Premiere.

Die Hauptstadt Tadschikistans, dessen Staatsgebiet zu mehr als der Hälfte auf einer Höhe von 3000 Metern und höher liegt, hat rund 700.000 Einwohner und ist das politische, kulturelle und wirtschaftliche Zentrum des Landes. Die Messungen in Duschanbe werden einen Teil eines großen weißen Flecks auf der Aerosol-Landkarte füllen, der bisher über tausende Kilometer reicht.

Ab 2015 wird ein Multiwellenlängen-Depolarisations-Raman-Lidar von Typ Polly-XT, das am TROPOS entwickelt wurde, zum Einsatz kommen wird. Das Gerät sendet Lichtimpulse aus. Aus der Laufzeit des reflektierten oder gestreuten Impulses lässt sich mit einem solchen Gerät die Entfernung zum Objekt bestimmen - ähnlich wie bei einem Radar. Aus den Veränderungen des zurückgestreuten Lichts können die Wissenschaftler auf physikalische Eigenschaften der Reflexionsobjekte schließen.

Diese Geräte werden Lidare (light detection and ranging) genannt. „Wir erhoffen uns von der CADEX-Kampagne neue Einblicke in die Prozesse, die zur Erwärmung der Atmosphäre führen. Immerhin können starke Staubschichten dafür sorgen, dass sich die Luft am Tag um bis zu 4 Grad Celsius abkühlt bzw. in der Nacht um bis zu 3 Grad Celsius erwärmt. Ob und wie dies auch heute in Zentralasien passiert, wird spannend“, so der Lidar-Experte Althausen.

Pro Jahr gelangen etwa fünf Milliarden Tonnen Aerosolpartikel in die Atmosphäre. Dabei spielen mineralische Partikel wie etwa Saharastaub oder Vulkanasche eine besondere Rolle: Sie machen über die Hälfte der Aerosolmasse in der Troposphäre aus und unterliegen starken Schwankungen durch Wüstenbildung oder Vulkanausbrüchen. Diese Mineralstaubteilchen sind zwar winzig, haben aber große Auswirkungen auf die Erde.

Denn sie beeinflussen die Strahlungseigenschaften, den Wasserkreislauf und die Chemie der Atmosphäre. Sie können zudem Bakterien transportieren, die Luftqualität und damit die menschliche Gesundheit genauso negativ beeinflussen wie das Transportwesen oder die Solarstromerzeugung. Oder als Mineraldünger für fruchtbares Land sorgen. Bei zunehmender Wüstenausbreitung in den Trockengebieten wird damit gerechnet, dass Menge und Wirkung des Mineralstaubes künftig noch weiter zunehmen werden.

Bei Untersuchungen zu Aerosolen, Wolken und deren Auswirkungen auf das Klimasystem der Erde nimmt Leipzig weltweit eine herausragende Stellung ein. Bereits 2006 in Marokko und 2008 auf den Kapverden führten die Leipziger Forscher zusammen mit deutschen und internationalen Partnern große Feldkampagnen zur Erforschung dieser Prozesse durch. Die von TROPOS initiierte und koordinierte DFG-Forschergruppe SAMUM (Saharan Mineral Dust Experiment) führte eines der weltweit größten Feldexperimente dieser Art durch und legte den Grundstein für eine Reihe weiterer erfolgreicher Kooperationen. Staub steht auch im Mittelpunkt der Leibniz-Graduiertenschule "Aerosole, Wolken, Strahlung: Mineralstaub", einer gemeinsamen Doktorandenausbildung des Leibniz-Institut für Troposphärenforschung und der Universität Leipzig.
Tilo Arnhold

Weitere Infos:
Dr. Dietrich Althausen, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS)
Tel. +49-341-2717-7063
http://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/dietrich-althausen/
und
Dr. Sabur F. Abdullaev, Academy of Science of Republic of Tajikistan
Tel. +992 93 4896014
http://www.phti.tj/index.php?option=com_content&view=article&id=6&It...
sowie
Tilo Arnhold, TROPOS-Öffentlichkeitsarbeit
Tel. +49-341-2717-7189
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/

Publikation:
Althausen, D.; Abdulajev, S. F. (2014): CADEX, the Central Asian Dust Experiment 2014 – 2016. DUST2014, 1st International Conference on Atmospheric Dust, Castellaneta, Italy. http://www.dust2014.org/

Förderung:
Die Untersuchungen werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der "Partnerschaften für nachhaltige Problemlösungen in Schwellen- und Entwicklungsländern – Forschung für Entwicklung" unterstützt.

Links:
Bodengebundene Fernerkundung
http://www.tropos.de/institut/abteilungen/fernerkundung-atmosphaerischer-prozess...
"Leipziger Staubtag", 06.03.2014
http://www.tropos.de/aktuelles/veranstaltungen/leipziger-wuestenstaubtag/
Leipziger Graduiertenschule für Aerosole, Wolken und Strahlung am Beispiel des Mineralstaubes:
http://www.lgs-car.tropos.de
SAMUM (Saharan Mineral Dust Experiment)
http://www.tropos.de/forschung/grossprojekte-infrastruktur-technologie/grossfors...
SALTRACE (Saharan Aerosol Long-range Transport and Aerosol-Cloud-Interaction Experiment)
http://www.pa.op.dlr.de/saltrace/
Worldwide observations with the portable Raman lidar systems
http://polly.rsd.tropos.de/lidar/
The Academy of Sciences of the Republic Tajikistan
http://www.anrt.tj/index.php/en/

Weitere Informationen:

http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/cadex-untersucht-staub...

Tilo Arnhold | TROPOS

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