Im Spionagejet auf Wolkenjagd

14. Februar 2013

Zwei der wichtigsten Faktoren im Klimageschehen geben noch immer Rätsel auf: die Wolken und die Aerosole in der oberen Erdatmosphäre. Prof. Dr. Stephan Borrmann ist beidem auf der Spur. Ein neues Großprojekt im Himmel über Indien steht nun an. Die Europäische Union unterstützt das Vorhaben mit 2,75 Millionen Euro.
 

Im Moment ist es die Umstellung auf Bachelor- und Master-Studiengänge, die Prof. Dr. Stephan Borrmann umtreibt. Er ist dabei, seine Vorlesungen neu zu konzipieren. "Die anderen Sachen laufen gewissermaßen nebenher", so der Meteorologe.

Doch das mit den "anderen Sachen" wird sich bald ändern. Ein aufwändiges, auf fünf Jahre angelegtes Forschungsprojekt wartet. Dafür hat der Professor am Institut für Physik der Atmosphäre der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und Direktor am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie gerade den ERC Advanced Grant erhalten, die mit 2,75 Millionen Euro höchstdotierte Förderung, die die EU an einzelne Forscher vergibt.

Messungen in 21 Kilometern Höhe

Borrmann und seine Mitarbeiter dringen schon seit Jahren in die oberen Schichten der Erdatmosphäre vor, um in Höhen von 14 bis 21 Kilometern die Zusammensetzung von Wolken und Aerosolen zu untersuchen. Nun soll es nach Indien gehen. Das neue Projekt trägt den sperrigen Titel "In-situ experiments on the chemical composition of high altitude aerosols and clouds in the tropical upper troposphere and lower stratosphere", kurz EXCATRO.

Wolken und Aerosole gehören zu den wichtigsten Größen im Klimageschehen. "Aber es gibt nur sporadische Messungen", erklärt Borrmann. "Natürlich verwenden Klimamodelle Wolken, aber eben in stark vereinfachter Form. Um das zu ändern, muss geforscht werden."

Dafür nutzen die Wissenschaftler ein ehemaliges russisches Spionageflugzeug, die Geophysica. Sie erreicht Höhen von bis zu 21 Kilometern. "Es gibt weltweit nur drei Flugzeuge, die für derartige Forschungsflüge zur Verfügung stehen." Ein Einsatz kostet 4 Millionen Euro.

Bessere Instrumente müssen her

"Es ist schwer, dort oben zu messen", berichtet Borrmann. Doch es muss vor Ort gemessen werden. "Die Partikel von Wolken können nicht auf den Boden gebracht werden, denn sie verdampfen bei minus 85 Grad Celsius. Da oben sind es minus 90 Grad." Also fängt die Geophysica mit ihrer Sammelschnauze und ihren Instrumenten an den Flügeln Luftströme in Stratosphäre und Troposphäre ein, die sofort analysiert werden.

Die Amerikaner begannen bereits in den 1980er Jahren mit solchen Forschungen. In den frühen 1990ern nahm der gebürtige Mainzer Borrmann als Postdoc am National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder im US-Bundesstaat Colorado daran teil. "Als ich wieder nach Europa kam, fing das auch hier an." Da war Borrmann mit seinen Erfahrungen natürlich gefragt. "Und in Mainz war gerade eine Professur für Wolkenphysik offen." Das passte und so kehrte der Meteorologe im Jahr 2000 in seine Geburtsstadt zurück. "Reiner Zufall."

In der Folge galt es, den Vorsprung der Amerikaner aufzuholen. "Inzwischen haben wir das bessere Flugzeug", betont Borrmann. "Die Amerikaner haben aber die besseren Instrumente – noch." Dafür wird der Meteorologe die 2,75 Millionen Euro des Advanced Grant verwenden: Neue Instrumente werden in Mainz entwickelt.

Große Schrauben im Klimasystem

Aber was ist so wichtig an Messungen über Indien? "Wolken sind große Schrauben in unserem Klimasystem, ebenso die Tropen. In den Tropen ergibt sich durch die starke Sonneneinstrahlung der größte Energieeintrag in die Atmosphäre. Und wo der größte Input ist, ist das System auch am empfindlichsten."

Dass der Mensch am Klima mitschraubt, ist inzwischen klar. Aber gerade über Afrika und Indien wurde bisher kaum gemessen. Dabei gilt es, wichtige Fragen zu beantworten: Aerosole treten auch natürlich auf. So bringen Wüsten Partikel in die Atmosphäre ein. Aber für welche Aerosole ist der Mensch verantwortlich? Wenn fossile Brennstoffe oder Biomasse verfeuert werden, schlägt sich das schließlich nieder – im wahrsten Sinne des Wortes.

Leider ist aber gar nicht so einfach festzustellen, welche Aerosole nun menschengemacht sind und welche nicht. "Frischer Ruß ist wunderbar zuzuordnen", nennt Borrmann ein Beispiel. "Aber schon nach ein paar Tagen ist er mit einer Schicht aus Schwefelsäure und vielfältigen organischen Materialien bedeckt." Dann ist seine Herkunft entschieden schwerer auszumachen.

Arbeit im hinteren Maschinenraum

Letztlich berühren Borrmanns Projekte viele Themen. Es geht um den Klimawandel und das Ozonloch, aber auch um die tägliche Wettervorhersage. "Unsere Modelle dazu werden immer besser", sagt der Meteorologe. Und wenn er über den Tellerrand seines Fachs schaut, stellt er beim Blick auf Wirtschaftsprognosen fest: "Wir sind viel genauer. El Nino und das Ozonloch zu simulieren, ist kein großes Problem mehr. Aber was ist jetzt mit Indien?" Wie entwickelt sich das Land?

Angesichts seiner Forschungen macht sich Borrmann natürlich Gedanken darüber, wie der Mensch mit der Erde umgeht. "Es hat Jahrmillionen gedauert, bis die fossilen Brennstoffe entstanden waren, die wir jetzt in 100, 200 Jahren verfeuern." Doch seine Rolle als Wissenschaftler sieht er nicht in der ersten Reihe der Mahner. "Wir arbeiten im hintersten Maschinenraum der Klimaforschung. Wir stehen nicht auf der Brücke und sagen, Hamburg säuft in dem oder dem Jahr ab."

Aber was wäre die Brücke ohne den Maschinenraum? In diesem Jahr starten Borrmann und seine Mitarbeiter mit EXCATRO. Es gilt, neue Geräte für den Maschinenraum zu entwickeln und dann kann es wieder nach oben gehen. Da lauern noch reichlich Rätsel in den Wolken.