2023/3

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Veröffentlicht 29/09/2023

Fujiyama

Mikroplastik beeinflusst die Wolkenbildung

Mikroplastik schwebt sogar in den Wolken über uns. Sie nehmen die Teilchen zumeist aus den Ozeanen auf.
Vermutlich trägt das Mikroplastik auch zur raschen Bildung von Wolken bei und wirkt sich auf das Klima aus.

Kunststoffpartikel mit einer Größe von weniger als fünf Millimetern werden als Mikroplastik bezeichnet.
Die winzigen Plastikteilchen sind mittlerweile überall zu finden: in unseren Ozeanen, allen möglichen Tierarten,
in unserem Körper, ja sogar in der Arktis oder weit oben an den Gipfeln der französischen Pyrenäen.

DNA-Strang

Während sich viele Untersuchungen zu Mikroplastik auf Organismen oder aquatische Ökosysteme konzentrieren,
haben sich nur wenige Forschende damit beschäftigt, wie die Teilchen in Wolken aufgenommen werden –
und sich womöglich durch Abregnen überall an Land und in der Luft verteilen. In einer Studie unter der
Leitung von Hiroshi Okochi, Professor von der Waseda University in Tokio, hat eine Forschungsgruppe
untersucht, wie in der Luft befindliches Mikroplastik (airborne microplastics, AMPs) in der Atmosphäre
zirkuliert und sich auf die Wolkenbildung, das Klima und womöglich auf unsere DNA auswirkt. Ihre Studie
wurde in »Environmental Chemistry Letters« veröffentlicht.

Chromosomenmyom

Um die Rolle der winzigen Plastikpartikel in der Troposphäre und der atmosphärischen Grenzschicht zu
untersuchen, sammelte das Team Feuchtigkeit aus Wolken vom Gipfel des Fuji, den südöstlichen Ausläufern
des Fuji (Tarobo) und dem Gipfel des Oyama, also Regionen in Höhen zwischen 1300 und 3776 Metern.
Die Forschenden maßen die Anzahl der Mikroplastiks und dessen physikalische und chemische Eigenschaften.
Dabei konnten sie neun verschiedene Arten von Polymeren wie etwa Polyamid und Polycarbonat sowie eine
Art von Gummi bestimmen. Pro Liter Wasser wurden zwischen 7 und 14 Mikroplastikteilchen mit
Feret-Durchmessern (einer Maßeinheit für Partikelgrößen) von 7 bis 95 Mikrometern gemessen.
Die kleinsten Partikel fanden sich dabei in der freien Schicht der Troposphäre, also dem Bereich, in dem der
Großteil des Flugverkehrs herrscht. Die Forschenden gehen auf Grund ihrer Untersuchungen jedoch davon
aus, dass die meisten Mikroplastikteilchen aus Meerwasser stammen.
Stammzellen
Im Wolkenwasser konnten zudem viele hydrophile, also Wasser liebende Polymere detektiert werden.
Kunststoffe sind hydrophob, werden aber nach längerer Exposition gegenüber ultraviolettem Licht hydrophil.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Teilchen als Wolkenkondensationskerne wirken können.
Laut den Wissenschaftlern zeigen die Ergebnisse, dass AMPs womöglich eine Schlüsselrolle bei der raschen
Wolkenbildung spielen. Zudem könnte die Anhäufung von Mikroplastik in der Atmosphäre, insbesondere
in den Polarregionen, zu erheblichen Veränderungen im klimatischen Gleichgewicht des Planeten führen.
»AMPs werden in der oberen Atmosphäre auf Grund der starken ultravioletten Strahlung viel schneller
abgebaut als am Boden, und dieser Abbau setzt Treibhausgase frei und trägt zur globalen Erwärmung bei«,
sagt Hiroshi Okochi. »Daher können die Ergebnisse dieser Studie genutzt werden, um die Auswirkungen der
Teilchen in künftigen Prognosen zur globalen Erwärmung zu berücksichtigen.«

Überschreitung der Zwei-Grad-Grenze in den 2040er Jahren was
aber heißt dies konkret oder wie sieht das Klima bei 2 Grad Erwärmung
aus?
„Die bei zwei Grad eintretenden Klimaveränderungen und ihre räumliche Heterogenität
zu verstehen, ist wichtig, damit Entscheider entsprechende Anpassungen und Maßnahmenpläne
vorbereiten können“, klären Taejin Park vom Ames Research Center der NASA und seine
Kollegen. Denn nur dann könne man identifizieren, wo und in welchem Maße Leben und
Lebensgrundlagen gefährdet seien. Um die Prognosen entsprechend zu präzisieren, haben Park
und sein Team ein Ensemble aus 35 Klimamodellen des Coupled Model Intercomparison Project
(CMIP) verwendet. Zusätzlich nutzten sie spezielle statistische Verfahren, um die räumliche
Auflösung dieser Modellprognosen von rund 200 mal 200 Kilometer auf 25 mal 25 Kilometer zu
erhöhen. Ihr mithilfe von Supercomputern erstelltes Prognosemodell hat zudem eine hohe zeitliche
Auflösung, die über monatliche Mittelwerte hinausgeht und auch Tagesschwankungen
widerspiegeln kann. Dies ist besonders wichtig, um extreme Hitzetage oder Starkregenfälle zu erfassen.

1. Auf Basis dieses neuen Prognosemodells untersuchte das Forschungsteam dann zunächst, wie sich
   das weltweite Klima bei mäßigem und ungebremsten Klimawandel bis 2100 entwickelt und wann die
   Zwei-Grad-Grenze überschritten wird. Das Ergebnis: In beiden Szenarien wird dieser Schwellenwert
   voraussichtlich in den 2040er Jahren erreicht, im ersten Fall im Jahr 2041 im zweiten im Jahr 2044.
   „Die globalen Lufttemperaturen über Land werden zu diesem Zeitpunkt um 2,33 beziehungsweise
   2,79 Grad angestiegen sein“, berichten Park und sein Team. Der Grund für diese höheren
   Landtemperaturen liegt darin, dass die Ozeane verzögert auf den Klimawandel reagieren und daher
   als kühlere Puffer wirken, allerdings werden sich die derzeit aktuellen el Nino Auswirkungen in den
   Weltmeeren verstärken. Die Prognose bestätigt zudem, dass sich einige Regionen – wie schon jetzt
   beobachtbar– schneller erwärmen werden als der Rest der Welt. Dazu gehören vor allem die Polargebiete.
   „Insbesondere Grönland, Alaska und Nordasien werden den Prognosen zufolge in den 2040er schon
   eine Erhöhung der Jahresmitteltemperaturen über drei Grad erreicht haben“, berichten die Forschenden.
   In Südasien, Afrika und dem südlichen Südamerika fällt die Erwärmung dagegen schwächer aus.
   
   

Mehr erhöhte Gefahr für den Amazonas-Regenwald Hitzestress

Um festzustellen, welche Folgen die Erwärmung konkret für die verschiedenen Regionen weltweit
hat,untersuchten Park und seine Kollegen im nächsten Schritt die regionalen Veränderungen in
sechs wichtigen Klimaparametern: Niederschlag, Luftfeuchtigkeit, lang- und kurzwellige
Sonneneinstrahlung,Windgeschwindigkeit und die sogenannte Kühlgrenz- oder
Feuchtkugel-Temperatur (Wet-Bulb-Temperature).
Diese spiegelt wider, wie sich die Kombination von Luftfeuchtigkeit und Temperatur auf
den menschlichen Körper auswirkt und wo die noch ohne Gesundheitsfolgen aushaltbare
Grenze liegt. Die Analysen ergaben, dass sich die mittlere Feuchtkugel-Temperatur in den
2040er Jahren über den meisten Landflächen um rundzwei Grad erhöhen wird. Damit
verbunden wird es auch mehr Tage mit extremem Hitzestress geben.
„Dies gilt vor allem für das westliche Nordamerika mit 27 zusätzlichen Hitzestresstagen,
Ostafrika mit 32 Tagen mehr und die Sahelzone mit 44 zusätzlichen Hitzestresstagen“,
berichten die Wissenschaftler. In Australien und Südamerika könnte sich der Hitzestress
dagegen leicht verringern. Parallel dazu steigt in den meisten Gebieten die kurz- und
langwellige Sonneneinstrahlung. Besonders hohe Zunahmen beim kurzwelligen Anteil
wird es demnach im Mittelmeerraum, in Nordeuropa und dem Osten Nordamerikas geben.

Überdurchschnittliche Verstärkungen der langwelligen Wärmestrahlung prognostizieren die
Forscher dagegen für die Arktis und weite Teile Afrikas. Ebenfalls verstärken werden sich die
Niederschläge in den meisten Gebieten, im globalen Schnitt fallen in den 2040er Jahren
je nach Szenario 13 bis 20 Millimeter Regen mehr pro Jahr, wie Park und sein Team ermittelt
haben. Allerdings gibt es dabei große regionale Unterschiede: In West- und Ostafrika fallen
82 und 52 Millimeter mehr Regen pro Jahr und auch in Südostasien erhöht sich die
Niederschlagsmenge um 64 Millimeter pro Jahr – ein hoher Anteil dieser
Niederschläge könnte dabei als Starkregen fallen. Weniger Regen gibt es dagegen in vielen
jetzt schon trockenen Regionen wie dem Südwesten Nordamerikas, dem Mittelmeerraum und
Australien. Besonders drastisch fällt dabei der Rückgang der Niederschläge im Amazonasbecken aus:
Dort wird sich die jährliche Niederschlagsmenge in den 2040er Jahren um 98 Millimeter pro Jahr
verringern.
Parallel dazu sinkt dort auch die relative Luftfeuchtigkeit und die Windgeschwindigkeiten steigen.
Für den Amazonas-Regenwald bedeutet dies nichts Gutes: „Das Amazonasgebiet wird schwerere
Dürren, ein höheres Feuerrisiko und gefährlichen Hitzestress erleben, wenn sich die Erde weiter
erwärmt“, berichten die Wissenschaftler.

Zumindest für einige Bereiche des tropischen Südamerikas und Südostasiens belegen die Analyse
zudem, dass die gängige Annahme „Trockene Gebiete werden trockener, nasse werden nasser“
bei ihnen nicht gilt.
Stattdessen wird es auch in diesen Regenwaldgebieten deutlich trockener. „Es ist offensichtlich,
dass sich das Ausmaß und die Richtung der Klimaveränderungen je nach Region unterscheidet,
dadurch sind auch die Auswirkungen sehr unterschiedlich“, konstatieren Park und seine Kollegen.
Gleichzeitig bestätige die Studie, dass die fortschreitende Erwärmung viele jetzt schon
existierenden Klimarisiken und Klimafolgen weiter verstärken werde.

                         Alternativ Konfiguration H₂ /3kg/h pro Einheit/12 kg∀

                           1 Kilo komprimierter Wasserstoff hat 33 kWh Energiegehalt

Schmutziges Wasser wird zur Zeitbombe
Bis zum Jahr 2100 könnten weltweit bis zu 5,5 Milliarden Menschen verschmutztem
Wasser ausgesetzt sein. Das hat eine Modellstudie ergeben, die am 17. Juli 2023
in der Fachzeitschrift »Nature Water« erschienen ist. Ein Forschungsteam um den
Geowissenschaftler Edward R. Jones von der Universität in Utrecht hat die Qualität
des Oberflächenwassers unter drei verschiedenen Szenarien zum künftigen Klima
und zur sozioökonomischen Entwicklung kartiert. In allen drei Fällen zeigte sich,
dass die afrikanischen Länder südlich der Sahara zu den am stärksten betroffenen
Gebieten gehören werden. Die Vorhersagen bieten »eine zeitliche und räumliche
Analyse dessen, was bisher nur anekdotisch über die Wasserqualität in den afrikanischen
Ländern südlich der Sahara bekannt war«, sagt Tafadzwa Mabhaudhi, die an der
Universität von KwaZulu-Natal in Durban, Südafrika, zu Klimawandel und
Ernährungssicherheit forscht. Ohne angemessene Investitionen in die Wasserinfrastruktur
oder -aufbereitung »sitzen wir definitiv auf einer Zeitbombe«, fügt Joshua Edokpayi hinzu,
der an der Universität von Venda im südafrikanischen Thohoyandou zum
Wasserqualitätsmanagement forscht.

Bereits heute zirka zwei Milliarden Menschen ohne sauberes Wasser
Nach Schätzungen der Vereinten Nationen haben weltweit bereits zwei Milliarden
Menschen Schwierigkeiten, Zugang zu sauberem Trinkwasser zu erhalten.
In den letzten Jahrzehnten waren Ostasien und die Pazifikregion am stärksten
von der Verschmutzung der Oberflächengewässer betroffen. Das ist auf den
Industrialisierungs- und Bevölkerungsboom zurückzuführen, der zu einer
steigenden Nachfrage nach Wasser in Gebieten geführt hat, die nicht über die
entsprechende Infrastruktur verfügen.
Um zu untersuchen, wie sich ähnliche Trends künftig auswirken werden,
modellierten die Forscher und Forscherinnen die Wasserqualität zwischen 2005
bis 2100 in Schritten von 20 Jahren, indem sie bestehende Modelle zur globalen
Wasserqualität heranzogen.Dabei berücksichtigten sie drei zukünftige Klimaszenarien
des Intergovernmental Panel on Climate Change (Weltklimarat, IPCC),
bezeichnet mit den Kürzeln SSP1-RCP2.6, SSP5-RCP8.5 sowie SSP3-RCP7.0. SSP
steht dabei für »shared socio-economic pathways« (gemeinsame sozioökonomische Pfade)
und berücksichtigt verschiedene gesellschaftliche Faktoren, während RCP –
kurz für »representative concentration pathways«, also repräsentative Konzentrationspfade –
sich auf die erwartete Entwicklung der Treibhausgaskonzentrationen bezieht.
SSP5-RCP8.5 bezeichnet somit beispielsweise einen Pfad, bei dem
Treibhausgaskonzentrationen weiter steigen und der durch anhaltend starken
technologischen Fortschritt und wenig Begrenzung der globalen Erwärmung definiert ist.
Unter Fachleuten ist er auch als »Business-as-usual«-Szenario bekannt. SSP1-RCP2.6
hingegen definiert eine optimistische Zukunft, in der Nachhaltigkeit weltweit Vorrang
eingeräumt wird.

Südamerika und Afrika südlich der Sahara am stärksten betroffen
Das Team stellte fest, dass sich die Wasserqualität in Ländern Südamerikas und Afrikas
südlich der Sahara mit aufstrebenden Volkswirtschaften in allen Szenarien verschlechterte.
Im Gegensatz dazu gingen in vielen wohlhabenden Ländern die Werte für organische
Schadstoffe und krankheitsverursachende Substanzen durch eine verbesserte
Wasseraufbereitung tendenziell zurück.Die SSP3-RCP7.0-Projektion, die einen
bevorstehenden »holprigen Weg« mit zunehmenden nationalen Rivalitäten in
Verbindung mit langsamen wirtschaftlichen und ökologischen Fortschritten beschreibt,
stach als schlechtestes Szenario heraus. Nach diesem Modell wird sich die
Wasserverschmutzung mit organischen Bestandteilen in Afrika südlich der Sahara
bis zum Jahr 2100 mehr als vervierfachen, so dass dort dann 1,5 Milliarden Menschen
keinen Zugang zu sicherem Wasser haben werden. Die Verschlechterung der
Wasserqualität in Südasien, dem Nahen Osten und Nordafrika führt in dem Szenario
ebenfalls zu einer erhöhten Verschmutzungsbelastung in diesen Regionen.

Überraschendes Szenario
Laut Edward Jones, dem Erstautor der Studie, war das eine Überraschung.
Er fügt hinzu, dass ein »Business-as-usual«-Szenario zwar eine Abhängigkeit von
fossilen Brennstoffen mit sich bringen würde, die nicht nachhaltig ist; gleichzeitig
könnten sich im selben Szenario aber die Wasserinfrastruktur und damit die
Wasserqualität verbessern, wie es in einigen Ländern bereits der Fall ist.
Das SSP3-RCP7.0-Szenario zeichnet sich hingegen durch geringes Wirtschaftswachstum,
massiven Klimawandel sowie Bevölkerungswachstum aus, was insgesamt zu einer
wesentlich schlechteren Wasserqualität führt.
Sowohl Edokpayi als auch Mabhaudhi sind der Meinung, dass die Studie unterstreicht,
wie dringend notwendig es ist, regionale Wasserqualitätsstrategien besser umzusetzen.
Gemäß den Zielen für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen sollte bis 2030
jeder Mensch weltweit Zugang zu sauberem Trinkwasser haben. Laut Mabhaudhi besteht
jedoch eine Diskrepanz zwischen der globalen Politik und der Realität auf kleinerer Ebene.
Die Welt brauche gemeinsame Ansätze, »bei denen die Ergebnisse für die Menschen
und den Planeten im Mittelpunkt stehen«.

Die Umweltverschmutzung macht vor nationalen Grenzen nicht Halt, sagt Edokpayi.
Zusammenarbeit über Grenzen hinweg werde entscheidend sein, damit die schlimmsten
Vorhersagen nicht eintreffen.

 

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