Welche Rolle spielen Staubstürme für das Weltklima?

Riesige Staubstürme im Golf von Alaska können tagelang anhalten und tonnenweise feines Sediment oder Schlick in die Atmosphäre schleudern. Es ist nur allzu logisch, dass dies auch Auswirkungen auf das Wetter und langfristig auf das globale Klimasystem hat.

Die Stürme sind so groß, dass sie von Satelliten in der Erdumlaufbahn gesehen werden können. Beispielsweise zeigte eine Aufnahme des Landsat-Satelliten aus dem Jahr 2020, wie Staub aus einem Tal heraus und über die Südküste Alaskas geweht wird.

Wie genau sich der Staub auf das globale Klimasystem auswirkt, ist noch nicht klar. Neue Forschungsergebnisse der Universität Leeds und des National Centre for Atmospheric Science deuten jedoch darauf hin, dass der Effekt größer ist als bisher angenommen. Die entsprechende Studie erschien am 16. August 2023 in der Fachzeitschrift „Science Advances“.

Wie sich Eis in Wolken bildet

Eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Eis in Wolken spielt Schlamm, welcher aus mikroskopisch kleinen Fragmenten von Steinen, Mineralien und Pflanzen besteht. Wenn die Temperatur niedrig genug ist, wirkt dieser Schlamm als Eiskeimpartikel und fördert die Bildung von Eiskristallen in den Wolken.

Ob die Eisbildung in Wolken zur globalen Erwärmung beiträgt oder den Planeten abkühlt, hängt von drei Faktoren ab:

1. Wie viel Eis in den Wolken enthalten ist,
2. wie viele Eiskeimteilchen vorhanden sind und
3. wie diese Teilchen beschaffen sind.

In der neu veröffentlichten Studie plädiert das Forscherteam der Universität Leeds dafür, dass mehr Forschungen zum Staub notwendig sind. Erst dann könne seine Rolle im komplexen globalen Klimasystem verstanden werden.

Staub ist nicht gleich Staub

Bisherige Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf Staubpartikel, die von Stürmen in der Sahara sowie anderswo in Afrika und Asien in die Atmosphäre aufgewirbelt wurden. Alle diese Gebiete befinden sich in mittleren bis niedrigen Breitengraden und beinhalten Staub, der in Wüstengebieten entsteht.

Für ihre Studie wählten die Forscher in Leeds einen anderen Ansatz und beschlossen, eine Staubquelle in hohen Breitengraden zu untersuchen. Als Untersuchungsobjekt wählten sie Staub aus dem Copper River Valley an der Südküste Alaskas aus, welches sich über mehr als 400 Kilometer erstreckt. Hier transportiert der Fluss jedes Jahr schätzungsweise 70 Millionen Tonnen Gletschersediment.

In Zeiten von Niedrigwasser, also im Sommer und Herbst, wird der Schlamm von Winden aufgenommen und über Hunderte Kilometer quer durch Nordamerika getragen. Erreicht er eine bestimmte Höhe, kann er die Bildung von Eis in den Wolken verursachen.

Im Gegensatz zum Staub aus der Sahara enthalten die Staubpartikel aus dem Copper River Valley jedoch eine größere Menge an biologischem Material. Dies liegt in dem Umstand begründet, dass die gemäßigte Region grundsätzlich mehr Vegetation und damit mehr darin lebende Tiere besitzt. Ist mehr vorhanden, kann sich auch mehr ablagern.

In Klimamodellen kaum bis nicht berücksichtigt

Staubpartikel in der Atmosphäre sind ein wichtiger Faktor für die Eisbildung. So kann in Abwesenheit von Staub das Wasser in den Wolken in flüssiger Form bleiben, auch wenn die Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt liegen.

„Nur ein kleiner Teil der Staubpartikel in der Atmosphäre hat die Fähigkeit, Eis zu bilden, und wir fangen gerade erst an, ihre Quellen und ihre globale Verteilung zu verstehen“, sagt Professor Benjamin Murray, Atmosphärenforscher der Universität Leeds und Studienleiter.

„Ob eine Wolke das Sonnenlicht mehr oder weniger stark reflektiert, hängt davon ab, wie viel Eis sie enthält. Wir müssen also in der Lage sein, die verschiedenen Quellen eisbildender Partikel rund um den Globus zu verstehen und zu quantifizieren.“

Wie einige andere Faktoren auch werden die Auswirkungen der Staubstürme in höheren Breitengraden selten bei der Modellierung des Klimas berücksichtigt. „Derzeit neigen die Klimamodelle dazu, diese Staubstürme in den hohen Breitengraden nicht zu berücksichtigen. Unsere Arbeit zeigt aber, dass wir das tun müssen“ so Murray.

Staubstürme Sahara vs. Alaska

Im Rahmen der Studie sammelten die Forscher auch Proben während Staubstürmen. Dieses Material analysierten sie später im Labor und verglichen diese mit denen aus Wüstenumgebungen. Dabei fanden sie heraus, dass die Partikel aus Alaska bei der Eisbildung effektiver waren als der Staub aus der Sahara.

Dies ist auf das Vorhandensein von mikroskopisch kleinen biologischen Fragmenten zurückzuführen. Im Gegensatz dazu werden Partikel von Kalifeldspat als Hauptkeimbildner für Eis in Staub aus der Sahara und anderen Gebieten mittlerer bis niedriger Breiten angenommen.

„Wir wussten, dass Wüsten wie die Sahara sehr wichtig für die Zufuhr von eisbildenden Partikeln in die Atmosphäre sind. Diese Arbeit hat aber gezeigt, dass Flussdeltas wie das in Alaska ebenfalls sehr wichtig sind“, erklärt Sarah Barr, Doktorandin der Universität Leeds und Studienhauptautorin. „Von Orten wie dem Copper River werden riesige Mengen an Staub emittiert und wir müssen diese Emissionen verstehen, um unsere Klimamodelle zu verbessern.“