08.10.12

Geoengeneering

"Wir könnten gezwungen sein, ins Klima einzugreifen"

Die Wälder auf der Nordhalbkugel können der Menschheit zeitlichen Aufschub beim globalen Klimawandel verschaffen. Früher oder später aber muss der Mensch gezielt ins Klimasystem eingreifen. Daran forscht Markku Kulmala.

Von Norbert Lossau

Der Finne Markku Kulmala ist der meistzitierte Geowissenschaftler weltweit. An der Universität Helsinki erforscht er den Einfluss von Aerosolen in der Atmosphäre auf die Entstehung von Wolken und den Zusammenhang mit dem globalen Klima. Kulmala hat herausgefunden, dass Pflanzen über die Abgabe flüchtiger organischer Verbindungen einen großen Einfluss auf das Klima haben. Kürzlich wurde er in Berlin mit dem "Bayer Climate Award 2012" ausgezeichnet. Die Bedeutung seiner Forschungsergebnisse erläutert Kulmala im Interview.

Die Welt: Was halten Sie davon, dem globalen Klimawandel durch Geoengineering zu begegnen – also dem gezielten Eingreifen des Menschen in das Klimasystem zum Beispiel durch Ausbringen von Partikeln in der Atmosphäre?

Markku Kulmala: Es ist sehr gefährlich, mit Geoengineering zu beginnen, bevor nicht die möglichen Auswirkungen ganz sorgsam erforscht und analysiert worden sind. Bislang weiß man nicht genau, wie sich Partikel verhalten werden, die man in die Stratosphäre einbringt und welche langfristigen Konsequenzen das hat.

Die Welt: Aber Sie lehnen Geoengineering nicht von vornherein ab, sondern wünschen sich, dass man diese Möglichkeit erforscht?

Kulmala: Ja. Denn es ist einfach eine Tatsache, dass der Ausstoß von Kohlendioxid weltweit beständig ansteigt. Die Konzentration von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre steigt jährlich um etwa 2 ppm an. Wenn dieser Trend fortbesteht, dann könnten wir zwischen 2030 und 2040 einen Punkt erreichen, an dem wir gezwungen sind, mit Geoengineering gezielt in das Klimasystem einzugreifen. Doch bevor wir das tun, sollten wir wirklich sehr genau erforschen, was wir damit anstellen.

Die Welt: Wir sind also früher oder später gezwungen Geoengineering anzuwenden?

Kulmala: Die Wahrscheinlichkeit dafür ist sehr groß.

Die Welt: Sie haben die Hoffnung aufgegeben, dass die Menschen den Ausstoß an Kohlendioxid deutlich verringern könnten?

Kulmala: Man darf die Hoffnung nie aufgeben, doch trotz aller Weltklimaprotokolle ist es schlicht so, dass die Emissionen von Kohlendioxid von Jahr zu Jahr weiter steigen. Da ist es doch vernünftig, jene Möglichkeiten vorsichtig auszuloten, die uns das Geoengineering vielleicht bietet. Zum Glück haben wir ja noch zirka 20 Jahre Zeit, diese Forschungsarbeiten durchzuführen.

Die Welt: Sie selber haben das Verhalten von Aerosolen, also Gemischen aus Gas und kleinen Teilchen, in der Atmosphäre erforscht. Was genau haben sie gemacht und was sind die Resultate dieser Forschung?

Kulmala: Ich habe erforscht, wie im Detail atmosphärische Partikel aus der Gasphase entstehen. Die wichtigste Erkenntnis dabei ist, dass dieser Mechanismus der Entstehung von Aerosolen absolut dominant ist. 60 bis 80 Prozent aller Aerosole in der Atmosphäre werden auf diese Weise gebildet. Es ist also sehr wichtig, diese Prozesse zu verstehen.

Die Welt: Können Sie die Entstehung von Aerosolen an einem Beispiel erläutern?

Kulmala: Nehmen wir als Ausgangspunkt zum Beispiel das Gas Schwefeldioxid. Daraus entsteht Schwefelsäure und schließlich Schwefelverbindungen, die Sulfate. Aus Stickoxiden wiederum können sich Nitrate und Ammonium bilden. Diese Moleküle lagern sich zu winzigen Partikeln zusammen, die durchaus von mineralischer Natur sein können.

An diesen Teilchen können im nächsten Schritt organische Verbindungen kondensieren, die bei der Fotosynthese von Bäumen und Pflanzen als Nebenprodukt entstehen und in großen Mengen in die Atmosphäre gelangen. Diese Substanzen werden als BVOC bezeichnet. Diese Abkürzung steht für "biogenic volatile organic substances". Dazu gehören beispielsweise Isopren, Monoterpene oder Sesquiterpene. Die BVOC lagern sich also an die Partikel in der Atmosphäre an. Diese wachsen und wachsen, bis sie schließlich groß genug sind, um als Nukleationskeime das Entstehen von Wolken zu stimulieren.

Die Welt: Und an dieser Stelle wird die Sache für das Klima interessant?

Kulmala: Ja, genau. Je mehr Wolken gebildet werden, umso mehr Sonnenlicht wird von diesen direkt in das All reflektiert. Das dämpft den Temperaturanstieg auf der Erde. Die Aerosole in der Atmosphäre haben also über ihre Eigenschaft, die Bildung von Wolken zu stimulieren, einen unmittelbaren Einfluss auf das Klimasystem.

Die Welt: Man kann also sagen: Sie haben neue Erkenntnisse darüber gewonnen haben, wie Wolken gebildet werden?

Kulmala: Ja, das kann man so sagen. Doch primär habe ich die Dynamik jener Partikel erforscht, die dann die Wolkenbildung stimulieren.

Die Welt: Wie lassen sich Ihre Erkenntnisse in der Praxis nutzen?

Kulmala: Das bessere Verständnis der Entstehungsprozesse von Aerosolen in der Atmosphäre kann uns mehr Zeit verschaffen, um den Ausstoß von Kohlendioxid zu verringern.

Die Welt: Wie das?

Kulmala: Wenn wir die Mechanismen in der Atmosphäre verstehen, dann können wir auch bessere Vorhersagen machen, wie sich in den kommenden Jahren und Jahrzehnten der Klimawandel entwickeln wird. Die kritische Frage lautet doch: Wie viele Jahre bleiben uns denn noch, bevor wir ernsthaft die Emissionen von Kohlendioxid zurückdrehen oder gar Geoengineering durchführen müssen?

Ob das 10, 20 oder 60 Jahre sind, kann heute niemand mit Sicherheit sagen. Wir wissen es einfach nicht. Doch meine Forschungsergebnisse geben Anlass zur Hoffnung, dass wir eher etwas mehr Zeit haben, weil die Wolken den globalen Temperaturanstieg dämpfen. Dabei hat die Biosphäre einen großen Einfluss. Es sind die borealen Wälder, wie beispielsweise bei uns in Finnland, die einerseits eine wichtige Senke für Kohlenstoff sind und zum anderen in besonderen Maße jene flüchtigen organischen Substanzen produzieren, die in der Atmosphäre die Bildung von Aerosolen fördern.

Die Welt: Haben Sie experimentell oder theoretisch gearbeitet?

Kulmala: Beides. Ich arbeite seit 20 Jahren an diesen Fragestellungen und meine Arbeitsgruppe besteht derzeit aus mehr als 100 Mitarbeitern. In all den Jahren haben wir sowohl experimentell als auch theoretisch gearbeitet. Wir haben in Finnland zahlreiche Messstationen. Und dort messen wir eine Fülle von Parametern – zum Beispiel die Konzentration der Aerosolen, von Kohlendioxid, Methan, Ozon, Schwefeldioxid, Stickoxiden, die Stärke der Sonnenstrahlung, die Fotosynthese, den Energietransport zwischen Atmosphäre und Biosphäre und vieles mehr.

Die Welt: Was sind Ihre aktuellen Forschungsprojekte?

Kulmala: Wir haben viele Projekte, doch am spannendsten finde ich im Moment das Studium kleiner Molekülcluster, die wenige Nanometer groß sind. Es geht um die Suche nach bislang unbekannten Oxidationsprozessen und Substanzen, die in diesem Sinne aktiv sein können. Wenn es uns gelingt, neue Interaktionen und Reaktionen zwischen den Partikeln in der Atmosphäre zu entdecken, dann kann man diese möglicherweise dahingehend nutzen, dass die Biosphäre mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen kann. Anders gesagt: Wenn es uns gelingt, die Biosphäre auf diesem Wege gezielt zu stimulieren, so dass unter dem Strich mehr Kohlenstoff in den Pflanzen und Bäumen gebunden werden kann, dann gewinnen wir im Kampf gegen den Klimawandel wertvolle Zeit.

Der finnische Physiker Markku Kulmala (53) ist seit 1996 Professor für Aerosol- und Umweltphysik an der Universität Helsinki. Seit 2001 leitet er dort die Abteilung für Atmosphärenforschung. 2003 wurde er mit dem finnischen Science Award geehrt.