Die Ozeane

Basis

Aerosole und Klima

Sobald Dimethylsulfid (DMS) in die Atmosphäre eintritt, reagiert es mit anderen Chemikalien und bildet Sulfat-Aerosole (Aerosole sind Partikel oder flüssige Tröpfchen, die in der Luft schweben). Diese Sulfataerosole sind sehr wichtig für unser Klima. Sie reflektieren Sonnenlicht zurück in den Weltraum und sie können die Bildung von Wolken auslösen. Beide Prozesse tragen dazu bei, dass weniger Sonnenenergie die Erdoberfläche erreicht. Sulfataerosole helfen also, die Erde direkt oder durch Wolkenbildung eventuell indirekt zu kühlen.

Sowohl Schwefeldioxid (SO₂) als auch Methansulfonsäure (MSA - CH₃SO₃H) werden gebildet, wenn DMS in der Atmosphäre schrittweise in Sulfataerosol umgewandelt wird. Schwefeldioxid entsteht sowohl aus DMS als auch aus der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle. Methansulfonsäure (MSA) dagegen entsteht nur aus DMS. Daher ist sie ein guter Indikator dafür, wie viele Schwefelemissionen ozeanischen Ursprungs in die Atmosphäre gelangen. Da Schwefeldioxid in Schwefelsäure (H₂SO₄) umgewandelt wird, spielt DMS auch eine Rolle dabei, wie sauer die Atmosphäre ist.

Die Schwefelsäure kann mit Ammoniak (NH₃) reagieren, ein Gas, das auch auf natürlichem Wege von Phytoplankton produziert wird. Es entsteht Ammoniumsulfat-Aerosol. Sowohl Schwefelsäure als auch Ammoniumsulfat können die Bildung von Wolken auslösen. Man bezeichnet die kleinen Tröpfchen und Partikel dieser Substanzen als Wolkenkondensationskeime (engl.: cloud condensation nuclei CCN). Die Partikel ziehen Wasser an und bieten eine Oberfläche, an der es kondensiert und kleine Tröpfchen bildet. So beginnt eine Wolke zu wachsen.

Wie beeinflusst DMS nun das Klima?

1. Die Abbildung zeigt die Bedeutung von aus den Ozeanen emittierten Schwefelverbindungen für unser Klima. DMS steht für Dimethylsulfid, das wichtigste schwefelhaltige Gas, das von manchen Phytoplankton-Arten freigesetzt wird. CCN sind Wolkenkondensationskeime, also die Art von Aerosol, die zur Wolkenbildung notwendig ist. Schwefeldioxid SO₂ ist eine Zwischenstufe bei der Umwandlung von DMS in Sulfataerosol.
Bild:: Lucinda Spokes.

Direkte Kühlung der Erde

Sulfataerosol kann Sonnenlicht direkt absorbieren oder streuen und so verhindern, dass es die Erde erreicht. Dadurch, dass uns ein Teil der Sonnenenergie nicht erreicht, hält Sulfataerosol die Erde kühl. Dieser Kühlungseffekt kann zu einem gewissen Anteil den Erwärmungseffekt ausgleichen, den Kohlendioxid und andere Treibhausgase verursachen.

2. Bild rechts: Die Kühlung durch Sulphataerosol ist im Vergleich zu anderen Faktoren dargestellt, die zur Erwärmung (Rottöne) oder Kühlung (Blautöne) der Erde beitragen. Der Gesamtbeitrag zum Strahlungsantrieb wird auf -0,46 W/m2 geschätzt. Hiervon entfallen etwa ein Viertel auf die natürlichen Quellen: Phytoplankton und Vulkanausbrüche.

Indirekte Beeinflussung des Wärmehaushaltes

In ihrer Rolle als Wolkenkondensationskeime und Ausgangspunkte der Wolkenbildung sorgen Sulfataerosole für eine indirekte Beeinflussung des Wärmehaushaltes unserer Erde. Dadurch, dass die Menge an weißer Wolkenfläche über der Erde vergrößert wird, steigt die Albedo unseres Planeten. Die Albedo (das Reflexionsvermögen) gibt an, wie viel des von der Sonne ankommenden Lichtes wieder zurück in den Weltraum reflektiert wird, ohne die Erde zu erwärmen. Im Mittel sind dies 30%. Weiße Oberflächen wie Wolken, Schnee und Eis reflektieren aber einen sehr hohen Anteil des Sonnenlichtes, während der Ozean eine Menge Sonnenlicht aufnimmt und daher auf Bildern der Erde als dunkle Oberfläche erscheint. Durch diese Reflexion kühlen Wolken die Erde. Über den Ozeanen ist die Menge an Sulfataerosol einer der wichtigsten Faktoren, durch die Anzahl und Art der Wolken bestimmt werden. Nun haben insbesondere hohe Wolken aber auch einen Treibhauseffekt, da sie die Infrarotstrahlung der Erde absorbieren. Wir wissen nicht genau, zu welchen Teilen dies ihre kühlende Wirkung ausgleicht.

Die 70% an Sonnenlicht, die nicht reflektiert werden, werden absorbiert. Das heißt, ihre Energie wird aufgenommen. 20% werden bereits in der Atmosphäre durch Aerosole, Wolken und Chemikalien aufgenommen (denn diese streuen nicht alles zurück), 50% an der Erdoberfläche, wobei die Ozeane und die großen dunklen Waldflächen den Hauptteil ausmachen.

Phytoplankton ist somit nicht nur die Hauptquelle für Säuren in der Luft über den Weltmeeren, sondern auch eine Quelle für Aerosole und die Keime der Wolkenbildung. Es trägt damit zur Kühlung unserer Erde bei. Wie wichtig dieser Beitrag des DMS genau ist und was ohne ihn wäre, lässt sich jedoch derzeit noch nicht genau angeben.

Weitere Einzelheiten, wie 'Wolken und Partikel' unser Klima beeinflussen, erklärt das entsprechende Themengebiet der Klimaenzyklopädie.

About this page:

author: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
Übersetzung 2004 und letzte Überarbeitung 2007-09-09: Elmar Uherek, MPI für Chemie, Mainz