Startschuss für große Flugzeugmesskampagne im australischen Pazifik
Dritter und letzter Teil der CAFE-Forschungsexpedition zur Untersuchung der Photochemie und Aerosolpartikelbildung in der tropischen Atmosphäre
Das Jahr 2024 beginnt aufregend am Max-Planck-Institut für Chemie: Für viele der Forscherinnen und Forscher geht es in den ersten Januartagen nach Cairns in den Nordosten Australiens. Mit dem Forschungsflugzeug HALO werden schon beim Anflug auf den australischen Kontinent wissenschaftliche Daten gesammelt. Es ist der dritte Teil einer großangelegten Expeditionsreihe, die sich mit den Oxidationsprozessen in der Atmosphäre beschäftigt. CAFE steht für „Chemistry of the Atmosphere: Field Experiment“. Das nun gestartete Projekt CAFE-PACIFIC erhebt Daten in der tropischen Region zwischen Indonesien und Nordaustralien, wo die Konvektion, also der vertikale Transport der Luft und damit von Wolken und Wasserdampf, auf der Erde am intensivsten ist.
Die vom Max-Planck-Institut für Chemie und der Goethe-Universität Frankfurt koordinierte CAFE-PACIFIC-Mission erforscht die photochemischen Prozesse und die Aerosolbildung in der tropischen Troposphäre mit dem Höhenflugzeug HALO (High Altitude - Long Range). Das Forschungsflugzeug wurde mit hochsensiblen massenspektrometrischen und optischen Instrumenten ausgestattet. Mit dabei sind Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Forschungszentrums Jülich (FZJ), des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) sowie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das auch Betreiber des Messflugzeuges ist. Mithilfe der Messinstrumente werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die atmosphärischen Oxidationsmechanismen charakterisieren sowie die Bildung und das Wachstum von Aerosolpartikeln in der oberen Troposphäre erfassen. Dazu messen sie eine Vielzahl gasförmigen chemischen Verbindungen wie Schwefel- und Stickoxide, flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Kohlenstoffmonoxid und Hydroxylradikale, aber auch die Anzahl, Größe und Zusammensetzung von Aerosolpartikeln.
Insgesamt plant das Wissenschaftsteam bis Ende Februar rund 120 Flugstunden, das sind 15 Starts und Landungen vom Flughafen in Cairns. Geplant sind auch Flüge in der Morgen- und Abenddämmerung und bei Nacht. Bei jedem Flug werden jeweils vier Forschende mit an Bord sein, um die 15 verschiedenen Messinstrumente zu überwachen und mit den Kollegen und Kolleginnen am Boden Kontakt zu halten. Am 28. Februar 2024 ist der Rückflug des Messflugzeugs nach Oberpfaffenhofen geplant.
Die drei CAFE-Expeditionen
CAFE-AFRICA, die erste der drei Forschungsexpeditionen, fand im Sommer 2018 statt. Ziel der Expedition war es, den Einfluss der Emissionen aus Biomasseverbrennung in Afrika auf die Atmosphäre über dem tropischen und subtropischen Atlantik zu untersuchen. (Weitere Infos: https://www.mpic.de/4392502/der-globalen-luftverschmutzung-auf-der-spur?c=3477744 )
Die zweite Expedition CAFE-BRAZIL fand im Dezember 2022 und Januar 2023 über dem Amazonasgebiet statt. Die Forschenden sammelten 60 Tage lang Daten zu den chemischen Prozessen in der weitgehend sauberen Atmosphäre über dem Amazonasregenwald in Brasilien. (Weitere Infos: https://www.mpic.de/5299687/cafe-brazil-kampagne?c=3477744 )
Das dritte und letzte Projekt der Reihe ist nun CAFE-PACIFIC. Es konzentriert sich auf die Region um Indonesien und Nordaustralien, und dem indo-pazifischen Wärmebecken. Aufgrund der hier herrschenden hohen Wassertemperaturen ist die hochreichende Wolken-Konvektion in dieser Region weltweit am stärksten. Dies bedeutet einen starken Wärmetransport von der Meeresoberfläche in die Tropopausenregion (ca. 12 – 16 km), so dass das indo-pazifische Wärmebecken auch als Wärmekraftmaschine der Erde bezeichnet wird. Im Gegensatz zum Amazonasgebiet, wo die Emissionen des Regenwalds die chemischen Prozesse in der Atmosphäre dominieren, erwarten die Forschenden über dem tropischen Pazifik einen dominanten Einfluss von sauberer maritimer Luft. Der Vergleich zwischen den Auswirkungen der Konvektion über dem Amazonas (grüner Ozean) und über dem indo-pazifischen Wärmebecken (blauer Ozean) wird zum besseren Verständnis der atmosphärischen Prozesse beitragen.
Ziel der CAFE-Forschungsexpeditionen
„Im Rahmen der CAFE-Missionen haben wir Daten unter unberührten Bedingungen im Amazonasgebiet gesammelt sowie in Regionen, in denen viel Biomasse verbrannt wird. Diese werden wir mit denen, die wir nun über dem Pazifik messen werden, vergleichen und kombinieren. Wir versprechen uns davon grundlegende Erkenntnisse über die natürliche troposphärische Chemie und Aerosolprozesse in terrestrischen und marinen Umgebungen in den Tropen“; erklärt Jos Lelieveld, Direktor der Abteilung Atmosphärenchemie am Max-Planck-Institut für Chemie und Koordinator der CAFE-Pacific-Forschungsreise.
Alle Messungen dienen zudem als Grundlage für Computermodelle, die chemische Prozesse und ökologische Rückkopplungsmechanismen des Erdsystems abbilden und zukünftige Entwicklungen des Klimas vorausberechnen sollen.
Über HALO
Das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Gefördert wird HALO durch Zuwendungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Leibniz-Gemeinschaft, des Freistaates Bayern, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Forschungszentrums Jülich (FZJ) und des DLR. Das DLR ist zugleich Eigner und Betreiber des Flugzeugs.
Allgemeine Infos:
Die Troposphäre 0 – ca. 16 km: Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Atmosphäre und reicht bis etwa 16 km Höhe in den Tropen und bis 8 km Höhe an den Polen. Da die Troposphäre fast das gesamte Wasser unserer Atmosphäre enthält, spielt sich hier unser tägliches Wetter mit all seinen Facetten und Wolkenformen ab. Antrieb für unser Wetter ist dabei die unterschiedlich starke Sonnenstrahlung, die den Erdboden erwärmt. Da warme Luft aufsteigt und kalte Luft absinkt, wird die Troposphäre durch verschiedene Wirbel durchmischt (Konvektion). Daher leitet sich auch ihr Name vom altgriechischen Wort "trope" (Wendung, Änderung) ab. In der Troposphäre nimmt die Temperatur mit der Höhe im Mittel mit 6,5 K/1 km ab und erreicht an ihrer Obergrenze, der Tropopause, Werte von unter -50 °C.