Sauberere Luft trägt Teilschuld an arktischer Turboerwärmung

Was gibt Neues aus der Aerosolforschung? Im Oktober 2015 gab es gehörige Aufregung, als bekannt wurde, dass ein wichtiger Kühlprozess auf der Meeresoberfläche wohl unterschätzt wurde. Klimamodelle hatten ihn nicht auf der Rechnung. Es geht um Isopren, das sich unerwarteterweise auch abiotisch bilden kann (siehe Pressemitteilung des TROPOS). Die Implkationen sind enorm, wie The Register zusammenfasste:

A team of top-level atmospheric chemistry boffins from France and Germany say they have identified a new process by which vast amounts of volatile organic compounds (VOCs) are emitted into the atmosphere from the sea – a process which was unknown until now, meaning that existing climate models do not take account of it. The effect of VOCs in the air is to cool the climate down, and thus climate models used today predict more warming than can actually be expected. Indeed, global temperatures have actually been stable for more than fifteen years, a circumstance which was not predicted by climate models and which climate science is still struggling to assmilate. In essence, the new research shows that a key VOC, isoprene, is not only produced by living organisms (for instance plants and trees on land and plankton in the sea) as had previously been assumed. It is also produced in the “microlayer” at the top of the ocean by the action of sunlight on floating chemicals – no life being necessary. And it is produced in this way in very large amounts.

Auch der Standard berichtete:

Der hauchdünne Film, der zwei Drittel der Erdoberfläche bedeckt
Forscher fanden einen neuen Weg, wie Ozeane das “Wettermachermolekül” Isopren bilden können

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Früher versuchten Klimamodellierer jedewede Abkühlung im Klima mit vermehrtem anthropogenem Ausstoß an Schwefeldioxid zu erklären. Wenn man dann aber die SO2-Entwicklung im Detail mit der Temperatur verglich, kollabierte der Zusammenhang schnell. Eine weitere Spielart des berühmten Aersoljokers, die zunächst durch einen Mangel an harten Daten zur zeitlichen SO2-Entwicklung nicht ans Licht kam. Seit einiger Zeit ist ein Großteil der Datenlücke jedoch zum Glück geschlossen. Über unseren Köpfen kreisende Satelliten erfassen den Schwefeldioxid-Ausstoß nun gewissenhaft und global. Das Goddard Space Flight Center der NASA beschrieb Ende 2015 den Datenschatz (via Science Daily):

New NASA satellite maps show human fingerprint on global air quality
Using new, high-resolution global satellite maps of air quality indicators, scientists tracked air pollution trends over the last decade in various regions and 195 cities around the globe.

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Früher leiteten Industrieunternehmen ihre Abgase ungefiltert direkt in die Luft. Diese Zeiten sind zum Glück in vielen Teilen der Erde vorbei, und die Luft wird wieder sauberer. Anstatt sich darüber zu freuen, gibt es nun Bedenken, dass dies die globale Erwärmung steigern könnte. Denn wenn der Dreck in der Luft das Sonnenlicht nicht mehr daran hindert, auf den Erdboden zu gelangen, dann gelangt mehr Energie auf die Erde. Spiegel Online erläuterte bereits vor mehr als zehn Jahren, 2005, die Bedenken:

Klimawandel Saubere Luft macht Forschern Sorge
Die Luft auf der Erde ist klarer geworden, so dass mehr Sonnenlicht den Erdboden erreichen kann, berichten Schweizer und amerikanische Forscher. Doch das ist nicht unbedingt eine gute Nachricht. Möglicherweise verstärkt die saubere Atmosphäre den Treibhauseffekt.

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Es ist schon eine Ironie, dass auf den Artikel dann mehr als 10 Jahre Temperaturstagnation folgten, der berühmte Hiatus/Slowdown. Hätte sich die globale Temperatur ohne die atmosphärische Aerosol-Säuberung vielleicht sogar abgekühlt? Das Thema ist übrigens auch heute noch aktuell. Gagné und Kollegen rechneten 2015 in den Geophysical Research Letters aus, dass das Nordpolareis in einer saubereren Atmosphäre schneller schmilzt als in einer Aerosol-reichen:

Impact of aerosol emission controls on future Arctic sea ice cover
We examine the response of Arctic sea ice to projected aerosol and aerosol precursor emission changes under the Representative Concentration Pathway (RCP) scenarios in simulations of the Canadian Earth System Model. The overall decrease in aerosol loading causes a warming, largest over the Arctic, which leads to an annual mean reduction in sea ice extent of approximately 1 million km2 over the 21st century in all RCP scenarios. This accounts for approximately 25% of the simulated reduction in sea ice extent in RCP 4.5, and 40% of the reduction in RCP 2.5. In RCP 4.5, the Arctic ocean is projected to become ice-free during summertime in 2045, but it does not become ice-free until 2057 in simulations with aerosol precursor emissions held fixed at 2000 values. Thus, while reductions in aerosol emissions have significant health and environmental benefits, their substantial contribution to projected Arctic climate change should not be overlooked.

Ob die Klimamodelle den Effekt schon berücksichtigt haben? Muss das CO2 nun wieder ein Stück Erwärmungswirkung abgeben, da ein ganz anderer Mechanismus die Erwärmung erzeugt hat? Im März 2016 erhärtete sich der Verdacht, dass ein Teil der beobachteten “arktischen Turboerwärmung” Folge einer Abnahme im Aerosolgehalt ist. Ein Team um Acosta Navarro berichtete in Nature Geoscience:

Amplification of Arctic warming by past air pollution reductions in Europe
The Arctic region is warming considerably faster than the rest of the globe1, with important consequences for the ecosystems2 and human exploration of the region3. However, the reasons behind this Arctic amplification are not entirely clear4. As a result of measures to enhance air quality, anthropogenic emissions of particulate matter and its precursors have drastically decreased in parts of the Northern Hemisphere over the past three decades5. Here we present simulations with an Earth system model with comprehensive aerosol physics and chemistry that show that the sulfate aerosol reductions in Europe since 1980 can potentially explain a significant fraction of Arctic warming over that period. Specifically, the Arctic region receives an additional 0.3 W m−2 of energy, and warms by 0.5 °C on annual average in simulations with declining European sulfur emissions in line with historical observations, compared with a model simulation with fixed European emissions at 1980 levels. Arctic warming is amplified mainly in fall and winter, but the warming is initiated in summer by an increase in incoming solar radiation as well as an enhanced poleward oceanic and atmospheric heat transport. The simulated summertime energy surplus reduces sea-ice cover, which leads to a transfer of heat from the Arctic Ocean to the atmosphere. We conclude that air quality regulations in the Northern Hemisphere, the ocean and atmospheric circulation, and Arctic climate are inherently linked.

Ein Rückgang der Aersole mit entsprechendem Klimaeffekt ist auch aus Alabama beschrieben worden (Attwood et a 2014).