Klimaerwärmung verringert Kühleffekt der Wälder

Bei steigenden globalen Temperaturen verlieren Wälder ihr Potenzial, klimakühlend zu wirken. Ein Team des Forschungszentrums Jülich hat jetzt entdeckt, dass durch veränderte Ausdünstungen der Bäume die Bildung von Schwebeteilchen erschwert wird.

Weil diese Teilchen aber Wolkentröpfchen als Kondensationskeime dienen, wären eine geringere Bewölkung und damit vermehrte Sonneneinstrahlung auf den Erdboden die Folge. Die Ergebnisse der Jülicher Forscher veröffentlicht die renommierte Fachzeitschrift „Nature“ in ihrer aktuellen Ausgabe.

Der typische Duft eines Waldes rührt von Monoterpenen her, den Hauptbestandteilen von ätherischen Ölen. Diesen flüchtigen organischen Verbindungen wird eine bedeutende Rolle bei der Bildung von Aerosolen – Schwebeteilchen in der Luft – zugeschrieben, die wiederum an der Entstehung von Wolken beteiligt sind. Weil Bäume bei höheren Temperaturen mehr Monoterpene ausdünsten, sind Forscher bislang zu dem Schluss gelangt, dass steigende Temperaturen für eine verstärkte Wolkenbildung sorgen – vor allem über den Wäldern der nördlichen kaltgemäßigten Klimazone in Skandinavien, Sibirien und Kanada. Durch die zusätzlichen Wolken würde die Klimaerwärmung abgemildert, weil dann weniger Sonnenstrahlung bis zum Erdboden durchdringt.

Die neuen Ergebnisse des Teams der Jülicher Physikerin Dr. Astrid Kiendler-Scharr widersprechen dem jedoch. Die Forscher haben die Wirkung des Stoffes Isopren untersucht, der bei steigenden Temperaturen ebenfalls verstärkt von den Bäumen abgesondert wird. Es stellte sich heraus, dass Isopren mit Hydroxylradikalen reagiert und dadurch deren Konzentration in der Luft verringert. Hyroxylradikale entstehen in der Atmosphäre aus Ozon und Wassermolekülen unter dem Einfluss von UV-Strahlung. Sie bauen viele luftverschmutzende Spurengase in der unteren Luftschicht ab. Das Team um Kiendler-Scharr konnte nun aber ebenfalls nachweisen, dass genau diese Hydroxylradikale auch zur Bildung der Aerosole benötigt werden. Ohne diese Radikale können die Monoterpene keine Aerosole bilden.

Das Fazit der Forscher: Isopren nimmt den Monoterpenen die Hydroxylradikale weg. Dadurch nimmt die Produktion von Aerosolen ab. Die Folge davon ist eine Abnahme der Wolkenbildung. Bei steigenden Temperaturen wird die Isopren-Ausdünstung der Wälder wesentlich stärker zunehmen als ihre Monoterpen-Ausdünstung. Daraus haben die Jülicher Wissenschaftler hochgerechnet, dass die Aerosol-Produktion bis zum Jahr 2100 um 20 Prozent vermindert wird. Das würde den Kühleffekt durch Wolken um 12 Prozent verringern.

Mit ihrer Entdeckung können die Forscher außerdem ein bisher ungeklärtes Phänomen enträtseln. Weil die Bäume umso mehr Monoterpene abgeben, je wärmer es ist, hätte man eigentlich erwartet, dass die Aerosol-Produktion über Wäldern im Sommer am größten ist. Tatsächlich hat sie aber jeweils im Frühjahr und Herbst ein Maximum. Warum das so ist, können Kiendler-Scharr und ihre Kollegen nun erklären: Das Verhältnis der von Bäumen ausgestoßenen Isoprenmenge zur entsprechenden Menge an Monoterpenen ist im Sommer am größten. Deshalb kann die im Sommer erhöhte Monoterpenmenge nichts ausrichten, weil zur Aerosolproduktion die Hydroxylradikale fehlen, die vom Isopren verbraucht werden.

Die Wissenschaftler führten ihre Experimente in einer Pflanzenkammer durch, die mit einigen Birken, Buchen, Fichten und Kiefern bepflanzt wurde. Sie wählten damit absichtlich Bäume aus, die selbst nur sehr wenig Isopren absondern. Das ermöglichte es den Forschern, die Isoprenkonzentration in der Pflanzenkammer durch kontrolliertes Zuführen von Isopren gezielt zu variieren. Sie führten ihr Experiment jeweils einen Tag mit und einen Tag ohne Isopren-Zufuhr durch, um dessen Wirkung auf die Aerosolproduktion zu beobachten. Durch den täglichen Wechsel wurde auch der natürlich schwankenden Monoterpen-Ausdünstung der Bäume Rechnung getragen, da die Ergebnisse sich so über diese Schwankungen mittelten.

Zur Kontrolle ihres Ergebnisses fügten die Forscher schließlich noch eine Eiche zu den Bäumen hinzu. Eichen dünsten große Mengen von Isopren aus. Wie erwartet kam die Aerosolproduktion dadurch nahezu zum Erliegen.

Original-Veröffentlichung:
„Nature“ Vol. 461 No. 7262, pp 381-384
New particle formation in forests inhibited by isoprene emissions, Astrid Kiendler-Scharr, Jürgen Wildt, Miikka Dal Maso, Thorsten Hohaus, Einhard Kleist, Thomas F. Mentel, Ralf Tillmann, Ricarda Uerlings, Uli Schurr, Andreas Wahner
Kontakt:
Astrid Kiendler-Scharr, ICG-2: Troposphäre, Tel. 02461 61-4185,
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E-Mail: a.stettien@fz-juelich.de
Das Forschungszentrum Jülich…
… betreibt interdisziplinäre Spitzenforschung zur Lösung großer gesellschaftlicher Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Energie und Umwelt sowie Informationstechnologie. Kombiniert mit den beiden Schlüsselkompetenzen Physik und Supercomputing werden in Jülich sowohl langfristige, grundlagenorientierte und fächerübergreifende Beiträge zu Naturwissenschaften und Technik erarbeitet als auch konkrete technologische Anwendungen. Mit rund 4 400 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gehört Jülich, Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, zu den größten Forschungszentren Europas.