Bei steigenden globalen Temperaturen verlieren Wälder ihr Potenzial, klimakühlend zu wirken. Denn veränderte Ausdünstungen der Bäume erschweren dann die Bildung von kühlenden Schwebeteilchen. Das berichten Forscher jetzt in „Nature“. Weil diese Teilchen aber Wolkentröpfchen als Kondensationskeime dienen, wären eine geringere Bewölkung und damit vermehrte Sonneneinstrahlung auf den Erdboden die Folge.
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Der typische Duft eines Waldes rührt von Monoterpenen her, den Hauptbestandteilen von ätherischen Ölen. Diese flüchtigen organischen Verbindungen riechen aber nicht nur gut, ihnen wird auch eine bedeutende Rolle bei der Bildung von Aerosolen – Schwebeteilchen in der Luft – zugeschrieben. Diese wiederum sind entscheidend an der Entstehung von Wolken beteiligt. Weil Bäume bei höheren Temperaturen mehr Monoterpene ausdünsten, glaubten Forscher bisher, dass steigende Temperaturen auch 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 – so die Theorie bislang.
Wald im Labor nachgebaut
Doch die neuen Ergebnisse eines Wissenschaftlerteams des Forschungszentrum Jülich unter Leitung der Physikerin Astrid Kiendler-Scharr widersprechen dem. Die Forscher untersuchten die Wirkung des Stoffes Isopren, der bei steigenden Temperaturen ebenfalls verstärkt von den Bäumen abgesondert wird. Ihre Experimente führten sie in einer Pflanzenkammer durch, die mit einigen Birken, Buchen, Fichten und Kiefern bepflanzt wurde – Baumarten, 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.
Ausdünstung „klaut“ Grundbaustein der Aerosole
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 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. Zur Kontrolle ihres Ergebnisses fügten die Forscher noch eine Eiche zu ihren Testbäumen hinzu. Eichen dünsten große Mengen von Isopren aus. Wie erwartet kam die Aerosolproduktion dadurch nahezu zum Erliegen.
Zwölf Prozent weniger Kühlung bis 2100
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 zwölf 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.
(Forschungszentrum Jülich, 17.09.2009 – NPO)
