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PUBLIC RELEASE DATE: 25 August 2004

Was beeinflusst tatsächlich die Luftverschmutzung über dem Indischen Ozean?

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie weisen beträchtliche Belastung der Atmosphäre in den Monsunübergangszeiten nach



Abb. : Sulenwerte der troposphrischen Stickoxide (in 1014 Molekle / cm2), berechnet mit dem Computermodell fr a) Januar1999 whrend der INDOEX- Kampagne und b) September 1998 whrend der Monsunbergangszeit.
Bild: Max-Planck-Institut fr Chemie

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Mit einer Kombination von Satellitenbeobachtungen und Computermodellierung haben Forscher des Mainzer Max-Planck-Instituts fr Chemie die Luftverschmutzung durch Stickoxide ber dem Indischen Ozean untersucht. Sie konnten nachweisen, dass die Luft ber dem zentralen Indischen Ozean in der sdlichen Hemisphre keineswegs immer so rein ist, wie es bei frheren Messungen whrend der Wintermonsunzeit beobachtet wurde. Vielmehr fanden sie whrend der Monsunbergangszeiten betrchtliche Verschmutzungen durch aus Afrika und Sdostasien stammende Luftmassen. Das am strksten belastete Gebiet ist der Golf von Bengalen, der durch den Aussto von Schadstoffen aus Indien und Sdostasien sowie aus China beeinflusst wird (Geophysical Research Letters, 30. April 2004 und 11. August 2004).

Aufgrund der wenigen bisher vorliegenden Langzeitbeobachtungen, die sich ber alle Jahreszeiten erstrecken, ist die Kenntnis der chemischen Vorgnge in der Atmosphre ber dem Indischen Ozean nach wie vor unzureichend. Dieses Gebiet ist wegen der starken tropischen Sonneneinstrahlung, hohen Luftfeuchtigkeit und wachsenden anthropogenen Emissionen von Schadstoffen chemisch aktiv. Das "Indian Ocean Experiment" (INDOEX) war eine internationale Messkampagne whrend der Monsunzeit im Winter 1999 mit dem Ziel zu untersuchen, wie die Luftverschmutzung Klimaprozesse ber dem tropischen Indischen Ozean beeinflusst. Satellitenaufnahmen zeigten eine dicke Dunstglocke - eine der mittlerweile weltweit bekannten "atmosphrischen braunen Wolken" - die sich whrend dieser Zeit ber Tausende von Kilometern sdlich von Indien erstreckte. Im Gegensatz zu der starken Verschmutzung in der nrdlichen Hemisphre weisen diese Messergebnisse auf eine vergleichsweise reine Luft in der sdlichen Hemisphre hin (Abb. 1a).

Die Erforschung der Luftverschmutzung in Sdasien am Max-Planck-Institut fr Chemie konzentrierte sich seitdem auf andere Jahreszeiten. Die MINOS-Messkampagne (Mediterranean Intensive Oxidants Study), die unter Leitung des Instituts im Sommer 2001 durchgefhrt wurde, hat gezeigt, dass die gleichen Monsunstrme, die sintflutartige Regenflle bewirken, auch unlsliche Gase wie Kohlenmonoxid in die obere Troposphre befrdern, wo sie dann bis zum Mittelmeer transportiert werden. Dafr hat die Nachwuchsgruppe "SAPHIRE" ("Southern Asian Photochemistry and Impacts of the Redistribution of Emissions") der Abteilung Atmosphrenchemie eine Methode der "chemischen Wettervorhersage" entwickelt, mit der man Vernderungen der Konzentrationen von Gasen wie Ozon und Kohlenmonoxid tglich vorhersagen kann. Diese Prognosen zeigten an, an welchen Tagen "die Verschmutzungswolke" sich in Reichweite eines auf Kreta stationierten Forschungsflugzeuges befinden wrde. Dreimal leiteten diese Vorhersagen das Flugzeug in Gebiete, wo die Luft tatschlich weitaus strker verschmutzt war als sonst in diesen Hhen ber dem Mittelmeer und zudem deutliche Anzeichen fr Emissionen aus dem sdlichen Asien aufwies. Dieses Teamwork zeigte deutlich einen vorher noch nicht bekannten interkontinentalen Transportpfad der Schadstoffe auf.

Die Wissenschaftler in der Nachwuchsgruppe berichten nun in zwei Artikeln in der renommierten Fachzeitschrift "Geophysical Research Letters" ber neue Ergebnisse zur Luftverschmutzung ber dem Indischen Ozean. Dazu hatten sie eine Kombination aus Satellitendaten der Jahre 1996-2000 und globale Modellrechnungen verwendet und sich auf die Verschmutzung durch Stickoxide in den Zeitrumen zwischen dem Sommer- und dem Wintermonsun - den Monsunbergangszeiten - konzentriert. Stickoxide (NOx = NO + NO2) sind ein wichtiger Bestandteil der Troposphrenchemie, die die Ozonproduktion katalysieren und die Hydoxylradikale, das "Reinigungsmittel" der Atmosphre, beeinflussen. Die maritimen Stickoxide stammen hauptschlich aus dem weitreichenden Transport kontinentaler Emissionen, von Blitzentladungen und von Schiffen. Die neuen Befunde zeigen ausgeprgte, halbjhrlich auftretende "Plumes" der Stickoxidverschmutzung, die sich ber den ganzen zentralen Indischen Ozean ausdehnen - vor allem in der mittleren Troposphre - und die im Westen aus Afrika und im Osten aus Sdostasien (Indonesien und andere Lnder) stammen (Abb. 1b). "Unsere Ergebnisse zeigen, dass der zentrale Indische Ozean keineswegs immer so rein ist wie man es bisher whrend der Wintermonsunzeit beobachtet hat", sagt Mark Lawrence, der Leiter der Nachwuchsgruppe. "Besonders interessant ist, dass der Grad der Verschmutzung whrend der bergangszeiten sdlich 10S sogar grer ist als im nrdlichen Indischen Ozean. Wir begegnen hier also gerade der entgegen gesetzten Situation wie bei der INDOEX-Messkampagne."

Die Wissenschaftler haben sich bei ihren Forschungen auch fr die Frage interessiert, auf welche Weise die Emissionen aus den umgebenden kontinentalen Gebieten die NOx-Verschmutzung ber dem Indischen Ozean beeinflussen. Ihre Ergebnisse zeigen: Rckkopplungen in der Atmosphrenchemie knnen dazu fhren, dass manche Abwindgebiete nur wenig empfindlich gegenber Aufwindemissionen sind. Das heit, eine Verringerung der globalen NOx-Emissionen aus allen Quellen um 50 Prozent wrde ber Teilen des Indischen Ozeans nur zu einer Verringerung der NOx-Level um 15 Prozent fhren. Das gilt umgekehrt auch fr einen Anstieg der NOx-Emissionen. Weiterhin zeigen die Ergebnisse, dass der Einfluss von Emissionen aus Indien auf den zentralen Indischen Ozean sich auf die Zeit des Wintermonsuns beschrnkt und dennoch sehr gering ist: Eine nderung der NOx-Emissionen aus Indien um 10 Prozent fhrt nur zu einer nderung um 3 Prozent in den NOx-Levels ber dem nrdlichen Indischen Ozean. Dies steht im Gegensatz zu dem starken Einfluss, den der Aussto von Aerosolen und langlebigen Gasen wie Kohlenmonoxid aus Indien hat und beruht auf der kurzen Lebensdauer von NOx (im Mittel etwa ein Tag) sowie auf der oben erwhnten Rckkopplung.

Den grten Einfluss auf die NOx-Chemie ber dem zentralen Indischen Ozean bt whrend des ganzen Jahres Sdostasien aus. Emissionen aus Afrika sind besonders fr grere Hhen von Bedeutung. Das Gebiet mit der grten Verschmutzung ist der Golf von Bengalen, der strker durch kontinentale Emissionen beeinflusst wird als das Arabische Meer, Schwerpunkt der INDOEX-Kampagne. Die Verschmutzung stammt den grten Teil des Jahres ber aus dem Aussto Indiens und Sdostasiens und whrend eines Teils des Jahres aus China. Das Ausma der Luftverschmutzung in diesem Gebiet sollte aufgrund dieser Ergebnisse durch weitere Messkampagnen insbesondere whrend der Monsunbergangszeiten erforscht werden.

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Originalverffentlichung:

T. Kunhikrishnan, Mark G. Lawrence, Rolf von Kuhlmann, A. Richter, A. Ladsttter-Weienmayer, and J. P. Burrows
Semiannual NO2 plumes during the monsoon transition periods over the central Indian Ocean
Geophysical Research Letters, 31, L08110, doi 10.1029/2003GL019269, 2004

T. Kunhikrishnan and Mark G. Lawrence
Sensitivity of NOx over the Indian Ocean to emissions from the surrounding continents and nonlinearities in atmospheric chemistry responses
Geophysical Research Letters, 31, doi 10.1029/2004GL020210, 2004