Eine wahre Hexenküche ist die Atmosphäre, die unseren Planeten umgibt.
Vom Menschen erzeugtes CO2, Stickoxide, Methangas reagieren mit
Schwefel, beispielsweise aus großen Vulkanausbrüchen.
Wer die Auswirkungen auf den Klimawandel verstehen will, muss genau
wissen, was sich da über unseren Köpfen zusammenbraut.
Ein am Karlsruher Institut für Technologie entwickelter Vorschlag für
einen Erdbeobachtungssatelliten soll genau das ermöglichen.
Einen hochauflösenden, dreidimensionalen Blick auf das, was sich in
den verschiedenen Schichten der Erdatmosphäre vom Boden bis an die
Grenze zum Weltraum abspielt.
Die europäische Weltraumbehörde ESA hat das Karlsruher
Satellitenkonzept CARED jetzt in die engere Wahl zur Umsetzung
genommen.
Wenn alles nach Plan geht, wird CARED im Jahr 2031 als Earth Explorer
11 seine Kreise in 800 Kilometer Höhe über unseren Köpfen ziehen.
Um die Hexenküche in der Erdatmosphäre verstehen zu können, reicht der
Blick von oben nicht aus.
Der CARED-Satellit wird im Infrarotbereich eine Art Tomografie, also
ein Schichtenbild der Atmosphäre, anfertigen.
Der Satellit soll in etwa 800 Kilometern Höhe fliegen, eine typische
Orbithöhe, in der Erdbeobachtungssatelliten fliegen.
Und wir schauen eben nicht senkrecht nach unten, sondern zum Horizont
hin und können dadurch eben die vertikale Schichtung der Atmosphäre,
diese verschiedenen Stockwerke, sehr fein aufgelöst beobachten.
Unser Ziel ist es, eine vertikale Auflösung von etwa einem Kilometer
zu erreichen, fast vom Erdboden bis in etwas über 100 Kilometern Höhe
und das Ganze eben auch horizontal mit etwa 50 mal 50 Kilometern
Auflösung, indem wir eben ein bisschen links und rechts schauen und
entlang der Flugbahn des Satelliten nehmen wir eben ständig solche
Bilder auf und haben dann gewissermaßen so eine Art Puzzle der
Atmosphäre, des inneren Zustands der Atmosphäre mit einer für heutige
Verhältnisse sehr, sehr feinen Auflösung, die uns hilft, eben diese
Prozesse im Detail anzuschauen und mit Klimamodellen abzugleichen.
Dr. Björn-Martin Sinnhuber, Klimaforscher am Karlsruher Institut für
Technologie, gehört zu einem internationalen Team von zwölf
Wissenschaftlern, die das Konzept des Erdbeobachtungssatelliten CAIRD
entwickelt haben.
Besonders interessiert sie die Zirkulation der verschiedenen
Spurengase zwischen den Stockwerken der Atmosphäre.
Zum Beispiel auch, wie wirkt sich das auf das Klima am Erdboden aus,
auf regionaler Skala, was sind die Auswirkungen auf
Extremwetterereignisse, auf Dürren, aber auch die Luftqualität.
Wir wissen, dass ein Großteil des Ozons, was ja bodennah ein
Luftschadstoff ist, wird tatsächlich aus der stratosphärischen
Ozonschicht in die bodennahen Schichten auch transportiert.
Wir verstehen aber noch nicht wirklich gut, wie sich das vor dem
Klimawandel ändert.
Das sind die drängenden Fragen, die wir uns angucken wollen.
Auf der einen Seite.
Auf der anderen Seite haben wir aber mit dieser abbildenden
Infrarotspektroskopie auch ein so universelles Tool, mit dem man eine
so große Vielzahl von Spurengasen und Parametern angucken kann, und
dass wir zuversichtlich sind, dass wenn in den nächsten zehn Jahren
neue drängende Themen aufkommen, die wir bis jetzt noch gar nicht auf
dem Schirm haben, dass wir damit auch ein gutes Instrument haben
werden, mit dem man eine gute Chance hat, auch diese Fragen
beantworten zu können.
Wenn der Kerzsatellit spätestens 2032 unseren Planeten zu umkreisen
beginnt, wird er das Alter der Spurengase wie CO2 oder Ozon in den
unterschiedlichen Stockwerken der Erdatmosphäre bestimmen können.
Und das ist ein sehr wichtiger Parameter, mit dem wir Zirkulation und
Änderung der Zirkulation in der Atmosphäre, also über den gesamten
Höhenbereich beobachten können, aus diesen Spurengaskonzentrationen
von diesen langlebigen Spurengasen.
Die Hexenküche in unserer Atmosphäre wird auch von natürlichen
Faktoren beeinflusst.
Diese Langzeitänderungen durch die menschgemachten Emissionen finden
statt von dem Hintergrund natürlicher Variationen, die schon immer da
waren.
Große Vulkanausbrüche können riesige Mengen von Schwefelerosolen in
die Stratosphäre bringen, wo sie jahrelang in der Atmosphäre
verbleiben können, diese Aerosole.
Und nicht nur die Atmosphäre und Chemie beeinflussen, sondern auch
Einfluss auf das Klima am Erdboden haben.
Zum Beispiel hat man gesehen, dass nach großen Vulkanausbrüchen wie
dem Pinatubo Anfang der 1990er Jahre, es eben für ein paar wenige
Jahre, ein, zwei, drei Jahre, kälter am Erdboden wurde.
Wir haben jetzt seitdem lange Zeit keinen sehr großen Vulkanausbruch
gehabt, aber es ist natürlich wichtig zu verstehen, wie solche
natürlichen Variationen auch auf dem von Menschen gemachten
Klimawandel sich auswirken oder welche Wechselwirkungen es da gibt.
Die endgültige Entscheidung, ob der Kehrtsatellit realisiert wird,
fällt in vier Jahren.
Bis dahin muss das Konzept weiterentwickelt werden.
Zum einen die Anforderung, wie genau muss man eigentlich bestimmte
Größen, Spurengase, Temperaturen messen, um zum Beispiel das Brechen
von atmosphärischen Wellen mit ausreichender Genauigkeit beobachten zu
können.
In welchem Spektralbereich, mit welcher spektralen Auflösung müssen
wir das tatsächlich machen?
Was muss die Genauigkeit sein?
Von technischer Seite muss dann untersucht werden, wie kann man das
realisieren?
Hat man die Technologie tatsächlich dafür?
Was sind die Genauigkeiten der Detektoren, die man derzeit hat?
Wir wollen das auch mal ausprobieren.
Wir wollen jetzt im August schon, machen meine Kollegen einen
Ballonflug, mit dem sie ein Prototyp-Instrument bis in 30, 40
Kilometer Höhe von Nordschweden aus fliegen lassen.
Mit diesem Prototyp wollen wir verschiedene Sachen, die wir
vorgeschlagen haben, jetzt auch mal tatsächlich unter realen
Bedingungen ausprobieren.