Atemtest des Regenwaldes wirft neue Fragen auf

Große Mengen bisher nicht identifizierter Spurengase an Selbstreinigungsprozess der Luft beteiligt – Isopren allein kann die tropische Verlustrate des Hydroxylradikals nicht erklären

Mainz, 22.1.2016

Beim Auswerten der Daten: Ana Maria Yáñez-Serrano (MPI für Chemie und INPA) und Anke Nölscher (California Institute of Technology) im Messcontainer mitten im brasilianischen Regenwald. Foto: Reiner Ditz
Beim Auswerten der Daten: Ana Maria Yáñez-Serrano (MPI für Chemie und INPA) und Anke Nölscher (California Institute of Technology) im Messcontainer mitten im brasilianischen Regenwald. Foto: Reiner Ditz

Unsere Atmosphäre verfügt mit den sogenannten Hydroxylradikalen (OH) über ein effizientes Selbstreinigungsmittel. Diese Radikale oxidieren Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise das Treibhausgas Methan sowie Abgase aus Verkehr und Industrie, sodass sie anschließend mit dem Regen ausgewaschen werden können. Dieser Reinigungsvorgang findet vorwiegend über den Tropen statt. Bisher ging man davon aus, dass im Regenwald die flüchtige organische Verbindung Isopren den größten Anteil der Reaktionspartner für das OH stellt. Eine aktuelle Studie des Max-Planck-Instituts für Chemie, die in der Zeitschrift „Nature Communications“ Ende Januar veröffentlicht wurde, zeigt nun jedoch, dass im tropischen Regenwald des Amazonas Isopren vor allem in der Trockenzeit nur für rund 20 Prozent der OH-Reaktionsrate verantwortlich ist. Welche Stoffe für die restlichen 80 Prozent ausschlaggebend sind, ist bisher noch ungeklärt.

Über ein Jahr lang beobachtete Jonathan Williams in Zusammenarbeit mit der Forschergruppe um Jürgen Kesselmeier, die beide Gruppenleiter am MPI für Chemie sind, und dem Instituto Nacional de Pesquisas da Amazonia (INPA) in Brasilien die untersten 80 Meter der Amazonas Atmosphäre. Dabei stießen die Wissenschaftler auf Unerwartetes. Ein Vergleich der Gesamtreaktionsrate von Hydroxylradikalen mit den Werten einzeln gemessener Spurengase, wie beispielsweise Isopren, zeigte große Lücken auf. In der Regenzeit konnten 5 bis 15 Prozent der OH-Reaktivität nicht erklärt werden und in der Trockenzeit sogar rund 80 Prozent.

Mithilfe dieses 80 Meter hohen Messturms im Amazonas Regenwald sammelten die Forscher die Daten für ihre Studie. Foto: Anke Nölscher
Mithilfe dieses 80 Meter hohen Messturms im Amazonas Regenwald sammelten die Forscher die Daten für ihre Studie. Foto: Anke Nölscher

„Bisher wurde angenommen, dass Isopren der Hauptreaktionspartner der OH-Radikale im Regenwaldgebiet sei. Unsere Vergleichsmessungen aber weisen deutlich auf bisher unbekannte, durch unsere Messungen nicht erfasste Reaktionspartner mit OH hin“, fasst Jonathan Williams zusammen. „Was wir entdeckt haben, kann man gut mit der schwarzen Materie in der Astronomie vergleichen. Es ist bekannt, dass es sie gibt, aber man kann nicht erklären, was sie ist. Damit vergleichbar haben wir nun deutliche Hinweise auf Spurengase in der Tropenluft gefunden, die wir bisher noch nicht genauer identifizieren konnten. Aber wir wissen nun, dass sie existieren müssen“, erklärt er weiter.

Auch Jürgen Kesselmeier überraschten die neuen Daten: „Arbeiten unter natürlichen Bedingungen in einem Ökosystem wie dem Amazonas Regenwald sind immer für Überraschungen gut. Allein die Anzahl der schon bekannten flüchtigen Verbindungen, die die Bäume an die Atmosphäre abgeben, ist atemberaubend hoch. Jetzt müssen wir wohl auch noch einige bisher unbekannte Spurengase suchen.“

Im vergangenen Jahr konnte der 325 Meter hohe ATTO Klimamessturm mit Unterstützung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena im Amazonas Regenwald fertig gestellt werden. Die Forscher hoffen, die durch ihre jetzige Studie aufgeworfenen Fragen anhand weiterer Messungen in den luftigen Höhen von ATTO klären zu können. „Auf 300 Metern taucht man genau in die Zone ein, in der der Reinigungsprozess der Atmosphäre abläuft. Dort sind wir mittendrin im Atem des Regenwaldes und können die unbekannten Chemikalien entlarven“, wirft Jonathan Williams einen Blick auf die Zukunft.

Hintergrundinformation:

Vor allem zwei Gründe sprachen bisher dafür, dass Isopren der Hauptreaktionspartner der OH-Radikale ist: Einerseits besitzt die flüchtige organische Verbindung eine hohe Reaktionsfähigkeit (auch als Reaktivität bezeichnet). Andererseits macht Isopren weltweit einen Großteil der bekannten Emissionen aus - rund die Hälfte aller biogenen Emissionen weltweit wird Isopren zugeschrieben. Globale Isopren Emissionen sind etwa dreimal so hoch wie alle anthropogenen Emissionen zusammen genommen.