Untere Atmosphäre

Basis

Vegetationsfeuer

Feuer sind eine natürliche Gegebenheit auf unserem Planeten. Als Folge von Trockenzeiten und Blitzeinschlägen hat es immer Feuer gegeben und sie sind notwendig für die Regeneration der Vegetation. Heute allerdings sind viele Feuer, gerade in den tropischen Regionen, vom Menschen verursacht.
 

Riesige Feuer zerstörten 1997 große Flächen des indonesischen Regenwaldes.

Das Bild zeigt die Luftverunreinigung über Indonesien und dem Indischen Ozean am 22. Oktober 1997. Weiß dargestellt sind die Aerosole (Rauch), die in der Nähe der Feuer verbleiben. Grün, gelb und rot stehen für zunehmende Anteile an troposphärischem Ozon (Ozonsmog), die mit dem Höhenwind nach Westen getragen werden. Ozon wird nicht direkt erzeugt. Es wird photochemisch in der Atmosphäre gebildet. Nötig hierfür ist die Oxidation von Kohlenwasserstoffen in Gegenwart höherer Konzentrationen an Stickoxiden (NO und NO₂).
Wie wir hieran erkennen, verändern Feuer nicht nur die Landschaft, sie verändern auch die chemische Zusammensetzung der Luft. 

Was wird von den Feuern emittiert?

Die Emissionen aus Biomasseverbrennung bestehen aus gasförmigen Substanzen:
Kohlendioxid CO₂
Kohlenmonoxid CO
Stickoxide NO_x (= NO + NO2)
Methan (CH₄) ebenso wie größere Kohlenwasserstoffe
und partikelförmige Substanzen, vor allem organisches Material und Kohlenstoff.
Biomasseverbrennung trägt in erheblichem Umfang zu den globalen Bilanzen von Kohlenmonoxid und Stickoxiden bei. Auch hohe Mengen an CO₂ werden emittiert, wenn Wälder mit hoher Biomasse verbrannt werden. Savannenfeuer hingegen sind in der Regel keine Quelle für CO₂. Der Kohlenstoff wird teilweise im Boden abgelagert und das frische nachwachsende Gras nimmt in der nächsten Wachstumszeit wieder eine Menge CO₂ auf. Dadurch herrscht ein Gleichgewicht, aus dem keine ökologischen Probleme entstehen, solange der Mensch nicht eingreift.

Beispiel: Quellen von Kohlenmonoxid

Die Grafik zeigt im Überblick die weltweiten Quellen für Kohlenmonoxid in der Atmosphäre. Das Gas wird in chemischen Reaktionen in der Luft gebildet, vor allem durch die Oxidation von Methan und anderer Kohlenwasserstoffe. Daneben dominieren Vegetationsfeuer die Quellen von CO, aber auch fossile Brennstoffe steuern einen erheblichen Teil bei.
Anderer Quellen liegen am oder im Erdboden. CO wird beim Abbau pflanzlichen Materials in den Böden gebildet. Ein geringerer Anteil von 10-20 Tg kommt aus den Ozeanen.
Betrachten wir alle Prozesse in der Luft gemeinsam, so stellt sich heraus, dass mehr als 50% aller CO Emissionen mit menschlicher Aktivität zusammenhängen. Große Anteile (natürlich wie vom Menschen beeinflusst) stammen aus Feuern.
  

Etwa 20% der weltweiten Stickoxidemissionen stammen aus Vegetationsfeuern. Da NO_x zur Bildung von Ozon beiträgt, findet man manchmal hohe Ozonkonzentrationen in den Rauchfahnen der Feuer.

Veränderung der Landnutzung

Wenn Waldbestände, die seit mehreren Jahrhunderten existieren, abgeholzt und in Ackerland, Plantagen, kleine Städte oder Straßen umgewandelt werden, dann kommt es zu einer bleibenden Überführung von organischem Material zu CO₂. Die ursprüngliche Vegetation wird zerstört. Dies bezeichnen wir als Veränderung der Landnutzung. Recht gut untersucht ist die Situation im Regenwald in Afrika oder z.B. Brasilien ... werfen wir einen Blick auf eine Feldkampagne in der Provinz Rondonia / Brasilien.

4. Messstation in der Provinz Rondônia / Brasilien - Satellintenbild von LANDSAT
Photo: Greg Roberts
 

Das Satellitenbild zeigt den Messplatz (Pfeil) in zentral-südlichen Amazonasbecken sowie die massive Entwaldung in dieser Region. Die Vernichtung der Wälder begann in dieser Region vor etwa 25 Jahren, nachdem 1968 der Cuiabá-Porto Velho Highway gebaut worden war. Von hier ausgehend begannen die Siedler den Wald niederzubrennen, wobei das typische 'Fischgratmuster' entstand, das vom Satelliten aus zu sehen ist.

5. Bildquelle für das linke Bild: Jacques Descloitres, MODIS Land Rapid Response Team / NASA visible Earth
Bitte zum Vergrößern anklicken! (70 K)

Die Waldbrandsaison liegt in der trockenen Jahreszeit zwischen Juni und November. Die Bilder (rechts) vergleichen die Situation im Mai 1999 (Bild oben, Regenzeit) und im September 1999 (Bild unten, Trockenzeit). Der Unterschied wird offensichtlich, wenn man die Karten der Feuerpixel in Brasilien betrachtet (rechts). Forscher haben Filtersammlungen in beiden Jahreszeiten vorgenommen. Während die Filter in der Regenzeit für gewöhnlich nach der Sammlung relativ rein aussehen (oben links), sind die in der Waldbrandsaison völlig schwarz von Ruß und organischem Material (unten links). 90% der CO₂ Emissionen aus der Änderung der Landnutzung haben ihren Ursprung in Waldbränden.

Die Bilder wurden während einer Feldmesskampagne vom oben gezeigten Messturm aus gemacht, geographische Koordinaten: S 10° 04', W 61° 58').