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Schadstoff-Spuren im Grönlandeis geraten aus dem Takt
Ein Eisbohrkern als Umweltarchiv: Seine 235-jährige Chemiegeschichte zeigt, wie eng Sulfat, Nitrat und Chlorid im Industriezeitalter lange mit den Emissionen verknüpft waren. Doch seit etwa 1990 fällt Sulfat deutlich schneller als die nordamerikanischen Schwefeldioxid-Emissionen, während Nitrat vergleichsweise hoch bleibt. Veränderte Atmosphärenchemie und Transportwege könnten die Entkopplung erklären und Klimamodelle vor eine wichtige Aufgabe stellen.
Hefei (China). Atmosphärische Aerosole aus menschlichen und natürlichen Quellen gelangen bis weit in die Arktis und werden dort mit Schnee abgelagert. Schicht für Schicht konserviert das Grönlandeis deshalb chemische Spuren vergangener Luftverschmutzung. Solche Archive zeigen nicht nur, wie stark Emissionen früher waren, sondern auch, wie die Atmosphäre Schadstoffe umwandelt und transportiert.
Forscher der University of Science and Technology of China (USTC) um Dr. Lei Geng haben nun untersucht, wie gut diese Spuren mit historischen Emissionen übereinstimmen. Dazu wertete das Team einen 79 Meter langen Eisbohrkern aus, der 2007 am Summit in Zentralgrönland gebohrt worden war. Seine jährlich aufgelöste chemische Aufzeichnung reicht von 1772 bis 2006.
Die Wissenschaftler verglichen vor allem Sulfat, Nitrat und Chlorid im Eis mit historischen Emissionsinventaren aus Nordamerika, Europa und der früheren Sowjetunion. Sulfat und Nitrat stiegen demnach ab etwa 1900 deutlich an, Chlorid folgte ungefähr ab der Mitte des 20. Jahrhunderts. Sulfat und Nitrat erreichten um die 1970er Jahre ihre höchsten Werte. Die stärkste Übereinstimmung fanden die Forscher mit nordamerikanischen Emissionen, was Nordamerika als wichtigste Herkunftsregion der menschlich verursachten Belastung am Summit stützt.
Mit den Luftreinhaltemaßnahmen ab den 1980er Jahren sanken die Emissionen in Nordamerika und Europa, und zunächst gingen auch Sulfat und Nitrat im Eis zurück. Doch besonders ab etwa 1990 änderte sich das Muster. Sulfat nahm schneller ab als die nordamerikanischen Schwefeldioxid-Emissionen und lag zu Beginn des 21. Jahrhunderts im Mittel wieder nahe dem vorindustriellen Niveau, obwohl weiterhin beträchtliche Emissionen bestanden.
Beim Nitrat verlief die Entwicklung anders. Seine Konzentration im Eis blieb relativ hoch, obwohl die vom Menschen verursachten Stickoxid-Emissionen in den betrachteten Herkunftsregionen zurückgingen. Auch Chlorid folgte nicht einfach nur den Emissionen, weil sein Gehalt zusätzlich durch Meersalz und chemische Reaktionen in der Atmosphäre geprägt wird.
Für die schnelle Sulfatabnahme diskutiert das Team mehrere mögliche Ursachen. Durch die sinkende atmosphärische Säure könnte mehr Schwefeldioxid schon nahe der Quellregion in Wolken zu Sulfat oxidiert worden sein. Dabei können größere Partikel entstehen, die durch Regen oder Schnee ausgewaschen werden, bevor sie Grönland erreichen. Zusätzlich könnten Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation über dem Nordatlantik den Transport nach Norden abgeschwächt haben.
Beim Nitrat kommen andere Prozesse hinzu. Natürliche und weitere Quellen wie Blitze, Waldbrände, tauender Permafrost oder Schifffahrt könnten einen Teil des Rückgangs industrieller Stickoxide ausgleichen. Zugleich verändert die abnehmende Säure, wie Nitrat zwischen Gas- und Partikelphase verteilt ist und damit, wie weit es transportiert werden kann. Für Chlorid spielt außerdem die Freisetzung aus Meersalzpartikeln durch Säurereaktionen eine Rolle.
„Die Gründe für diese sich verändernden Trends der Aerosolbestandteile sind auch für das Klima von Bedeutung. Sulfat-Aerosole kühlen die Atmosphäre. Wenn Klimamodelle den raschen Rückgang nach 1990, der in den Eisbohrkern-Aufzeichnungen zu sehen ist, nicht korrekt wiedergeben können, könnten sie unterschätzen, wie stark die verringerte Aerosolkühlung zur jüngsten Erwärmung der Arktis beiträgt“, erklärt Dr. Lei Geng.
Damit berührt die chemische Entkopplung auch die Klimaforschung. Weniger Sulfat bedeutet weniger kühlende