Neue Messflüge beenden 20-jährige Lücke in der Antarktis-Wolkenforschung

Antarktische Wolken wurden seit 20 Jahren nicht mehr mit vergleichbaren flugzeuggestützten Aerosolmessungen untersucht, da frühere Forschungskampagnen auf Küstenregionen beschränkt waren und das weite Innere des Antarktischen Plateaus unbeobachtet blieb. Diese zwei Jahrzehnte währende Datenlücke hat die Entwicklung genauer AGI (atmosphärische globale Indikatoren) behindert, die zur Modellierung des Erdklimas verwendet werden. Die jüngste SANAT-Flugkampagne hat diese Lücke nun endlich geschlossen, indem sie das Forschungsflugzeug Polar 6 einsetzte, um die ersten Hochleistungs-Aerosoldaten tief im Inneren des Kontinents zu sammeln.

Warum wurden antarktische Wolken 20 Jahre lang nicht untersucht?

Antarktischen Wolken mangelte es zwei Jahrzehnte lang an umfassenden flugzeuggestützten Untersuchungen, primär aufgrund der extremen logistischen Schwierigkeiten beim Betrieb von Flugzeugen im tiefen Landesinneren und eines historischen wissenschaftlichen Fokus auf die Aerosolverteilung an den Küsten. Die SANAT-Kampagne, eine Zusammenarbeit zwischen dem Alfred-Wegener-Institut (AWI), TROPOS und dem Max-Planck-Institut für Chemie, stellt die erste Mission dar, bei der moderne Sensoren südlich des 80. Breitengrades eingesetzt wurden.

Der bisherige Datenmangel führte zu erheblichen Unsicherheiten bei der Interpretation von AGI und anderen Klimametriken. Laut Dr. Frank Stratmann vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) fanden die letzten vergleichbaren Messungen in einer technologisch völlig anderen Ära statt. Durch Flüge tief in das Antarktische Plateau hat das Team den „Küsten-Bias“ der vergangenen Jahrzehnte überwunden, um zu verstehen, wie sich Partikel über den massiven, hochgelegenen Eisschilden verhalten, die das Herz des Kontinents definieren.

Um diese Herausforderungen zu meistern, nutzte das Forschungsteam die Polar 6, ein spezialisiertes fliegendes Labor. Dieses Flugzeug ermöglicht es Wissenschaftlern, Regionen zu erkunden, die ansonsten unzugänglich sind, und ein vertikales sowie horizontales Profil der Atmosphäre zu erstellen. Diese Messungen sind essenziell für das Verständnis der räumlichen Verteilung von antarktischen Aerosolen und Spurengasen, die als Blaupause für die Wolkenbildung in der saubersten Luft der Welt dienen.

Die antarktische Albedo und die globale Abkühlung

Der antarktische Albedo-Effekt ist ein kritischer Klimaregulator, bei dem weiße Eisflächen und Wolken bis zu 80 % der einfallenden Sonnenstrahlung zurück ins All reflektieren. Dieser Prozess verhindert, dass die Polarregionen übermäßige Hitze absorbieren, und fungiert effektiv als primärer Heizkörper der Erde. Jede Änderung der Wolkenhäufigkeit oder -zusammensetzung wirkt sich direkt auf die Fähigkeit des Planeten aus, ein stabiles Temperaturgleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Wolken in der Antarktis sind nicht bloß passive Erscheinungen am Himmel; sie sind aktive Teilnehmer am Strahlungshaushalt. Im Gegensatz zu Wolken in verschmutzten Regionen bilden sich antarktische Wolken in einer Umgebung mit sehr niedrigen Aerosolkonzentrationen. Dies macht sie hochsensibel gegenüber selbst geringfügigen Schwankungen des Partikelgehalts. Dr. Zsófia Jurányi vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) betont, dass das Verständnis dieser Wechselwirkungen entscheidend für die Verfeinerung der AGI ist, die Wissenschaftler zur Projektion künftiger globaler Erwärmungsszenarien verwenden.

Die SANAT-Kampagne konzentrierte sich darauf, wie diese Wolken mit der Atmosphäre über Ozeanen, Schelfeis und dem inneren Plateau interagieren. Durch die Messung der Eigenschaftsänderungen in verschiedenen Höhenlagen kann das Team besser vorhersagen, wie sich der Albedo-Effekt bei einer Erwärmung des Klimas verschieben könnte. Diese Forschung ist besonders zeitgemäß, da die Antarktis beispiellosen Veränderungen ihrer Eisstrukturen gegenübersteht, die ihre Reflexionskapazität grundlegend verändern könnten.

Aerosole: Die Keime der Wolkenbildung

Aerosole dienen als physikalische „Keime“ von Wolken und bieten die notwendigen Oberflächen, damit Wasserdampf zu Tröpfchen kondensieren oder zu Eiskristallen gefrieren kann. In der unberührten antarktischen Atmosphäre gehören zu diesen Partikeln Meersalz, Mineralstaub und Ruß, der von fernen Kontinenten herantransportiert wird. Ohne diese Wolkenkondensationskeime (CCN) oder Eiskeime (INP) können sich Wolken unabhängig von der Luftfeuchtigkeit schlichtweg nicht bilden.

Das SANAT-Team setzte modernste Technologie ein, um diese schwer fassbaren Partikel einzufangen. Eines der innovativsten Instrumente war der „T-Bird“, eine Schleppsonde, die 60 Meter hinter dem Flugzeug Polar 6 hergezogen wurde. Dieses Instrument arbeitet unabhängig und sammelt Daten zur Aerosolhäufigkeit und zu kleinskaligen Transportprozessen ohne die Störung durch die flugzeugeigenen Triebwerke. Dies stellt sicher, dass die chemische Zusammensetzung der beprobten Luft zu 100 % repräsentativ für die natürliche Umgebung ist.

Erste Erkenntnisse aus den Flügen im Januar und Februar 2026 haben bereits überraschende Ergebnisse geliefert. Prof. Stephan Borrmann vom Max-Planck-Institut für Chemie (MPIC) berichtete von einer „unerwartet hohen Aerosolkonzentration“ im inneren Plateau. Diese Entdeckung stellt die lang gehegte Annahme infrage, dass das tiefe Innere nahezu partikelfrei ist, und legt nahe, dass atmosphärische Transportmechanismen Aerosole effizienter ins Landesinnere transportieren als bisher angenommen.

Welcher Zusammenhang besteht zwischen Meereisverlust und Wolkenbildung?

Der Meereisverlust verändert die Wolkenbildung, indem er offenes Ozeanwasser freilegt, was die Verdunstung von Feuchtigkeit und die Freisetzung mariner Aerosole in die Atmosphäre erhöht. Wenn das Meereis zurückweicht, erzeugt der Übergang von einer reflektierenden weißen Oberfläche zu einem dunklen, Wärme absorbierenden Ozean eine Rückkopplungsschleife, die die Berechnung der AGI verändert. Diese Veränderungen beeinflussen direkt die Art und Dichte der Wolken, die sich über dem Südpolarmeer bilden.

Die Verringerung des Meereises, das seit 2016 Rekordtiefststände erreicht hat, bedeutet, dass mehr Meersalzaerosole durch brechende Wellen in die Luft geschleudert werden. Diese natürlichen Partikel sind hochwirksame Kondensationskeime. Die SANAT-Kampagne zielt darauf ab, zu quantifizieren, wie dieser Zustrom mariner Partikel die in der Antarktis verbreiteten „Mischphasenwolken“ beeinflusst – Wolken, die sowohl flüssiges Wasser als auch Eiskristalle enthalten und eine wichtige Rolle für lokale Wettermuster spielen.

Darüber hinaus ist die Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre ein Hauptantrieb des antarktischen Wetters. Durch den Einsatz von Lidar- und Radartechnologie an der Neumayer-Station III in Verbindung mit den Flugdaten können Forscher verfolgen, wie Aerosole vom offenen Meer tausende Kilometer weit ins Landesinnere transportiert werden. Diese umfassende Sicht ist notwendig, um festzustellen, ob eine erhöhte Wolkendecke infolge des Meereisverlusts einen kühlenden Effekt (durch Reflexion) oder einen wärmenden Effekt (durch das Einfangen von Wärme) haben wird.

Wie beeinflussen Pinguin-Emissionen die antarktischen Wolken?

Es gibt derzeit keine wissenschaftlichen Belege dafür, dass Pinguin-Emissionen die großräumige antarktische Wolkenbildung direkt beeinflussen, da sich die Forschung auf marine und atmosphärische Aerosolquellen konzentriert. Während Pinguine durch Guano Ammoniak produzieren, das zu lokal begrenzten stickstoffhaltigen Aerosolen beitragen kann, sind diese biologischen Marker im Allgemeinen nicht signifikant genug, um die breiten AGI oder die Wolkenbildung über dem riesigen Antarktischen Plateau zu beeinflussen.

Die SANAT-Flugkampagne zielt speziell auf großräumige natürliche Quellen wie Gischt, Vulkanasche und fernverfrachtete anthropogene Schadstoffe ab. Während bekannt ist, dass biologische Aktivitäten im Südpolarmeer – wie Phytoplanktonblüten – Gase wie Dimethylsulfid (DMS) freisetzen, die als Wolkenkeime fungieren, bleibt der Beitrag von landlebenden Wildtieren wie Pinguinen ein lokales Phänomen. Wissenschaftler sind eher besorgt darüber, wie globale industrielle AGI-Trends Ruß oder Sulfate auf dem unberührten antarktischen Eis ablagern könnten.

Der Fokus der Forscher von AWI und TROPOS liegt weiterhin auf dem Spurenstoff-Observatorium an der Neumayer-Station III, wo sie seit 2019 Eiskeime in situ messen. Diese bodengestützten Messungen bieten eine Basislinie für die Flugdaten und stellen sicher, dass alle detektierten Aerosole anhand ihrer chemischen Signatur genau kategorisiert werden können, egal ob sie vom Ozean, vom Land oder von menschlichen Aktivitäten aus anderen Hemisphären stammen.

Zukünftige Klimaprojektionen und die SANAT-Kampagne

Die während der SANAT-Mission gesammelten Daten werden verwendet, um die Genauigkeit globaler Klimasimulationen und Wettervorhersagen für die nächsten Jahrzehnte zu verbessern. Durch die Integration dieser einzigartigen Messungen in bestehende Modelle können Wissenschaftler besser beurteilen, wie die antarktische Atmosphäre auf die globale Erwärmung reagiert. Diese Forschung ist ein Eckpfeiler internationaler Bemühungen zum Verständnis der „Kipppunkte“ des polaren Klimasystems.

In den kommenden Monaten wird das Konsortium der Institute den massiven Datensatz auswerten, der von der Polar 6 gesammelt wurde. Dies umfasst meteorologische Variablen wie Luftdruck, Wasserdampfgehalt und Temperatur sowie die chemischen Profile der eingefangenen Aerosole. Ziel ist es, einen robusteren Satz von AGI zu erstellen, mit denen vorhergesagt werden kann, wie sich die Bewölkung verändern wird, wenn sich das Südpolarmeer weiter erwärmt und sich die Meereismuster verschieben.

Die SANAT-Kampagne bereitet zudem den Weg für zukünftige Missionen. Mit den Flugzeugen Polar 5 und Polar 6, die seit 2007 im Einsatz sind, verschiebt das Alfred-Wener-Institut weiterhin die Grenzen der polaren Luftfahrt. Diese Flüge ermöglichen einen Blick „unter die Motorhaube“ der Klimamaschine der Erde und bieten einen Detailgrad, den Satelliten-Fernerkundung schlichtweg nicht erreichen kann. In einer Ära des raschen Klimawandels ist diese 20-jährige Aktualisierung unseres Wissens über die Antarktis nicht nur zeitgemäß, sondern essenziell für das globale Überleben.

• Ort: Antarktisches Plateau, 80. südlicher Breitengrad.
• Wichtige Institutionen: Alfred-Wegener-Institut (AWI), TROPOS, Max-Planck-Institut für Chemie (MPIC).
• Primäres Flugzeug: Polar 6 (Basler BT-67).
• Kerntechnologie: T-Bird Schleppsonde, Lidar, Radar, CCN/INP-Sensoren.
• Entdeckung: Unerwartet hohe Aerosolkonzentrationen im Inneren der Antarktis.