Wie der Amazonas-Regenwald ständig neue Aerosolpartikel produziert

Ein bisher unbekannter Mechanismus bildet im Amazonas-Regenwald kontinuierlich neue Aerosolpartikel aus gasförmigen Vorläufersubstanzen. Die Entdeckung stellt bisherige Annahmen über die Quellen von Wolkenkondensationskernen und deren Rolle im Wasserkreislauf und im Klima infrage.

Aerosole sind winzige, in der Luft schwebende Partikel. Sie beeinflussen Klima und Wasserkreislauf, indem sie als Kondensationskerne für Wolken und Niederschläge dienen. Doch über dem Amazonas-Regenwald, einer der Regionen mit der reinsten Luft weltweit, war eine Neubildung von Partikeln kaum zu beobachten. Woher die meisten Aerosolpartikel dort stammen, blieb lange ungeklärt. Forschende vermuteten bislang, dass sie aus weit entfernten Regionen herantransportiert werden. Nun liefern hochpräzise Langzeitmessungen am Amazon Tall Tower Observatory (ATTO) eine überraschende Antwort: Ein kontinuierlicher Prozess, den die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler als „Stille Neupartikelbildung" bezeichnen, wandelt gasförmige Vorläuferstoffe direkt vor Ort in winzige organische Partikel im Nanometerbereich um. Dieser bislang unbekannte Mechanismus erklärt einen Großteil der während der Regenzeit beobachteten Nanopartikel.

Aerosolpartikel spielen eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Wolken und Niederschlägen sowie im Wasserkreislauf und im Klimasystem. Ihr Ursprung in der unberührten Luft des Amazonas-Regenwaldes blieb jedoch lange unklar. Eine neue Studie des Max-Planck-Instituts für Chemie und der Universität São Paulo bringt nun Licht ins Dunkel: Demnach bilden sich Aerosolpartikel kontinuierlich in der unteren Atmosphäre des Regenwaldes − selbst unter Bedingungen, die Forschende bisher für ungeeignet hielten. Zwar verlaufen Bildung und Wachstum der Partikel langsamer als in anderen Regionen der Erde, doch gerade das macht sie bedeutsam: In der außergewöhnlich sauberen Luft der Amazonas-Regenzeit, in der die Partikelkonzentrationen besonders niedrig sind, fällt selbst eine geringe kontinuierliche Neubildung stark ins Gewicht.

Partikelgrößen im Fokus: Zehn Jahre Daten vom Forschungsturm ATTO

Um Einblicke in das Verhalten von Partikeln im Nanometerbereich zu erhalten, analysierten die Forschenden die Größenverteilung der Partikel. Die Daten wurden in Langzeitmessungen am Amazon Tall Tower Observatory (ATTO) über einen Zeitraum von zehn Jahren gewonnen. Dabei entdeckte das Team schwache, aber beständige Signale einer kontinuierlichen Partikelbildung, die zuvor in den schwankenden atmosphärischen Bedingungen verborgen blieben. Das Ergebnis überraschte sie: Die Entstehung von Nanopartikeln im Amazonasgebiet ist demnach kein seltenes Ereignis, sondern offenbar ein kontinuierlich ablaufender Hintergrundprozess – unbemerkt, aber stetig.

„Bisher gingen wir davon aus, dass neue Partikel selten in Höhe des Kronendachs, sondern hauptsächlich durch Prozesse in der oberen Troposphäre entstehen und mit Niederschlag nach unten transportiert werden", sagt Bruno Backes Meller, Erstautor der Studie und Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemie. „Jetzt zeigen wir, dass ein verborgener Mechanismus nahezu die Hälfte der winzigen Partikel zwischen 10 und 25 Nanometern direkt in der planetaren Grenzschicht erzeugt, ganz ohne Abwinde oder Ferntransport." Diese untere Luftschicht reicht von der Erdoberfläche bis in ein bis zwei Kilometer Höhe.

Atmosphärenmodelle müssen verfeinert werden

„Diese Erkenntnisse verändern unser Bild davon, wie die Kondensationskeime für Wolken und Niederschläge im Amazonasgebiet entstehen", sagt Ulrich Pöschl, Co-Autor und Direktor am Max-Planck-Institut für Chemie. „Die Entdeckung einer kontinuierlichen, weit verbreiteten Partikelquelle über dem tropischen Regenwald bedeutet, dass bestehende Klimamodelle angepasst werden müssen, um das Zusammenspiel zwischen Aerosolen, Wolken und dem Ökosystem genauer darzustellen.“

Für Paulo Artaxo, korrespondierender Autor von der Universität São Paulo, wirft dieser Befund zugleich neue Fragen auf. Seiner Einschätzung nach unterscheiden sich die chemischen Prozesse nahe des Kronendachs wahrscheinlich deutlich von denen in höheren Luftschichten – allein schon wegen der höheren Temperaturen und der anderen chemischen Bedingungen dort. „Das Verständnis dieser Prozesse wird entscheidend sein, um vorherzusagen, wie der Regenwald und seine Atmosphäre auf den Klimawandel reagieren“, sagt Artaxo.