Feinstaub fördert Gletscherschmelze: Die dunkle Seite der Gletscher
Steigende Temperaturen lassen Eis nah der Pole tauen. Als wäre das nicht genug, beschleunigt Feinstaub diesen Prozess.
In deutschen Städten gilt Feinstaub als großes Problem. Doch die winzigen Partikel machen nicht nur Metropolen zu schaffen. Auch in unbewohnten Regionen richten sie Schaden an. Sie werden vom Wind über große Strecken getragen, auch ins Hochgebirge. Dort, etwa bei den ohnehin aufgrund steigender Temperaturen schwindenden Himalaja-Gletschern, beschleunigen sie die Schmelze.
Rußpartikel schlucken die Sonnenstrahlen
Besonders wirksam ist Ruß. Diese kleinen schwarzen Teilchen entstehen bei der Verbrennung von Diesel, Öl und Kohle, aber auch von Holz und anderer Biomasse. Lagern sie sich auf Gletschern ab, verringert sich deren Fähigkeit, Sonnenstrahlen zu reflektieren. Dadurch erwärmt sich das Eis.
Das Rückstrahlvermögen, auch als Albedo bezeichnet, ist eine wichtige Eigenschaft von Gletschern. Bei Neuschnee liegt sie bei rund 90 Prozent. Zusammengedrückter und teils nasser Sommerschnee kommt auf rund 60 Prozent, Und mit Ruß verschmutztes Eis habe nur noch 40 Prozent, sagt Konrad Steffen, Direktor der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) im schweizerischen Birmensdorf. „Je mehr Partikel angeweht werden, umso dunkler wird der Gletscher und damit anfälliger fürs Schmelzen.“
Was für Teilchen – oft sind sie kleiner als ein Tausendstel Millimeter – dies genau sind, ist je nach Ort verschieden. Auch gibt es eine Abhängigkeit von der Wetterlage, denn die bestimmt die Anflugrichtung. „In der Arktis beobachten wir, dass die Menge insbesondere bei Rußpartikeln seit einiger Zeit ansteigt“, sagt Steffen. So habe es im vergangenen Jahr große Waldbrände in Alaska gegeben, deren Ruß über tausende Kilometer bis nach Grönland flog und dort die Albedo des Eisschildes um fünf Prozent verringert habe.
In arktischen Gebieten rechnet der Glaziologe in Zukunft sogar mit häufigeren Wald- und Torfbränden, da durch den Klimawandel die Böden trockener werden. „Damit ist mehr Ruß in der Luft, der auf Gletscher niedergehen kann.“ Die Menge allein sei jedoch nicht entscheidend. „Wie stark die angewehten Partikel zur Schmelze beitragen, hängt auch davon ab, wie lange sie sich an der Oberfläche befinden, bevor erneuter Schneefall den Gletscher sozusagen wieder in einen frischen Zustand versetzt.“
Einer der wichtigsten Verstärkungsfaktoren des Klimawandels
Dies geschehe jedenfalls zu selten, um den Schmutzeffekt auszugleichen. „Die Verringerung der Albedo durch Partikel ist nach der Abnahme der Meereisbedeckung einer der wichtigsten Verstärkungsfaktoren beim Klimawandel in den arktischen Gebieten wie auch in den Alpen“, sagt Steffen. Forscher erwarten als Folge der albedobedingten Erwärmung und des Schmelzens sogar einen zwei- bis dreimal so hohen Temperaturanstieg im Vergleich zum globalen Mittel. Das würde dann das Schmelzen weiter verstärken, mehr dunkler Boden, der sich dann mehr erwärmen kann, würde freigelegt, und so weiter. „Wenn wir im Schnitt zwei bis drei Grad mehr bekommen, wird es in diesen Gebieten vier bis sechs Grad wärmer.“ Dies gelte auch für die Alpen.
Für dieses Gebirge rechnen Fachleute infolgedessen mit einem Rückgang der Gletscher von 60 bis 90 Prozent bis zum Ende des Jahrhunderts. Sie wären damit deutlich stärker betroffen als andere Regionen der Erde. Ein Grund dafür sei, dass bei den Alpengletschern der staubbedingte Rückgang der Albedo stärker ausfallen werde als etwa beim Grönländischen Eisschild, sagt Steffen. Zum einen würden die Sommer trockener, weshalb es seltener Neuschnee geben werde. Zum anderen gebe es diverse Feinstaubquellen in der Umgebung: Industrieanlagen, Siedlungen mit Autos und Heizungen und Landwirtschaft, wo Boden aufgewirbelt wird. Selbst aus der Sahara kommen bei bestimmten Wetterlagen beträchtliche Mengen Staub.
Gegen natürlichen Feinstaub lässt sich wenig tun. Anders sieht es aus bei Ruß, der durch menschliche Aktivitäten entsteht. „Immerhin, die Gesamtmenge an Ruß im Alpenraum ist heute geringer als noch zu Beginn und Mitte des 20. Jahrhunderts“, sagt Margit Schwikowski, Umweltchemikerin am Paul-Scherrer-Institut in Villigen (Schweiz). Anhand von Kohlenstoffisotopen wisse man, dass die meisten Partikel von fossilen Brennstoffen herrührten. „Es ist also sehr sinnvoll, diese Emissionen weiter zu reduzieren.“
Gletscher in Plastikfolie verpacken? "Wenig durchdacht"
WSL-Direktor Konrad Steffen stimmt zu: „Je weniger Ruß auf den Gletschern landet, umso besser.“ Allein durch steigende Temperaturen seien die Eismassen bereits „beträchtlich bedroht“. Als Gegenmaßnahme werden sie mitunter im Sommer mit Planen abgedeckt, um sie vor den Sonnenstrahlen zu schützen. „Wenig durchdacht“, findet das der Forscher. „Die Planen werden mit Helikoptern heraufgeschafft, der CO2-Abdruck dieser Aktionen ist gewaltig.“ Außerdem zersetze das UV-Licht der Sonne den Kunststoff, wodurch Mikroplastik entsteht, das durch Niederschläge in die Umwelt gelangt. In Ausnahmefällen seien solche Maßnahmen aber gerechtfertigt, etwa wenn der Mast eines Lifts auf dem Gletscher steht und dessen Fundament stabil bleiben soll. Aber „bei großen Flächen ist eine Abdeckung nicht sinnvoll“.
Noch größer ist das Problem im Himalaja. Mittelbar hängen dort zwei Milliarden Menschen vom Wasser der Gletscher und dem Gleichgewicht zwischen Zuwachs über Niederschläge und Schmelze ab. Anhand von Eisbohrkernen hat Margit Schwikowski gemeinsam mit Kollegen schon 2011 nachgewiesen, dass der Rußeintrag in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts deutlich zugenommen hat.
„Seit 1975 hat Ruß etwa dreimal stärker zur Gletscherschmelze beigetragen als in der vorindustriellen Zeit“, sagt die Forscherin. Bis 1990 registrierten sie in den Proben von der Westflanke des Mount Everest einen steigenden Rußgehalt, danach verharrte er auf hohem Niveau. „Wir erklären das mit steigenden Emissionen aus Südasien, die aber zum Teil durch den sinkenden Schadstoffausstoß in Osteuropa und der ehemaligen Sowjetunion kompensiert wurden.“ Die chinesische Industrie, die als besonders schmutzig gilt, beeinflusst den Rußeintrag dort übrigens kaum. Denn der Wind weht meist aus westlichen Richtungen.
Auch einzelne, viel Ruß erzeugende Ereignisse sind im Eis gespeichert, wie eine aktuelle Studie chinesischer Wissenschaftler zeigt. Sie haben Eiskerne aus dem nördlichen Tibet-Plateau untersucht und stellten für die Jahre 1991 und 1992 einen drei- bis vierfach höheren Rußeintrag als gewöhnlich fest. Ihr Verdacht wurde durch eine Transport-Modellrechnung bestätigt: Ursache waren die Ölquellen in Kuweit, die während des Golfkriegs vor 28 Jahren in Brand gesetzt worden waren. Durch den Ruß im Eis sei die Wärmewirkung der Strahlung zwei- bis fünffach höher gewesen als üblich.
Blutschnee - Algen färben die Gletscher ein und beschleunigen die Schmelze
Schwikowskis Untersuchungen haben gezeigt, dass der Rußeintrag im Himalaja übers Jahr stark schwankt. Besonders hoch ist er im Winter und Frühjahr. Dann wird er aus Südasien und dem Nahen Osten in das Hochgebirge getragen. Im Sommer ist die Menge gering, weil dann die Partikel durch den Monsun rasch aus der Luft herausgewaschen werden. Der im Winter abgelagerte oberflächliche Ruß ist aber so bedeutsam, dass er etwa gleich stark zur Gletscherschmelze beiträgt wie die Klimaerwärmung, lautet das Fazit der Forscherin: Je mehr diese Emissionen gesenkt werden, umso deutlicher könne die Gletscherschmelze gebremst werden.
Einen weiteren Effekt, der bisher wenig beachtet wird, könnte dies auch abmildern: Die Albedo kann auch von Algen, die in Schnee und Eis leben, verringert werden. Sie sind an das Leben in der extremen Umwelt angepasst und bilden rote Pigmente, um sich vor der UV-Strahlung zu schützen, etwa das auch als Antioxidans bekannte Astaxanthin. Unter günstigen Bedingungen vermehren sie sich massiv. Dann kann es zum Phänomen des „Blutschnees“ kommen. Der Effekt ist derselbe: Die Oberfläche wird dunkler und der Gletscher schmilzt eher.
„Der Stoffwechsel der Algen basiert auf der Photosynthese“, sagt Birgit Sattler von der Universität Innsbruck, die Mikroben auf dem Jamtalferner-Gletscher erforscht. Nährstoffe erhielten sie „aus abgestorbenen Zellen anderer Organismen, die auf dem Gletscher zersetzt werden, sowie über angewehten Gesteinsstaub, der teilweise Phosphorverbindungen enthält, die sie nutzen können“. Höhere Temperaturen begünstigten das Algenwachstum deutlich, sagt die Biologin. Auch ein Mehr an Schmelzwasser, das zusätzlich Nährstoffe heranführt, spiele eine Rolle. Das führt dazu, dass die Algen sich stark vermehren und die Gletscher färben. Hinzu komme, dass die Tausaison länger anhalte und damit auch dieser Wärmeffekt, der Bio-Albedo genannt wird.
Auf Grönland wird das Phänomen schon länger erforscht. Es zeigte sich, dass die Algen das Rückstrahlvermögen um bis zu 13 Prozent verringern können. „In den Alpen sind die Forschungen noch sehr jung“, sagt Sattler. „Unsere Untersuchungen am Jamtalferner legen aber nahe, dass der Effekt hier sicher die gleiche Größenordnung erreicht.“