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Leipziger Forscher starten Mess-Ballon in der Arktis

Atmosphärenforscher messen jetzt, was im Winter in der Luft über Spitzbergen passiert. Die Daten sollen auch Wettervorhersagen verbessern.

An der Küste von Spitzbergen bei Longyearbyen. Der Fesselballon des Leipziger Tropos-Instituts wird für den Start vorbereitet.
An der Küste von Spitzbergen bei Longyearbyen. Der Fesselballon des Leipziger Tropos-Instituts wird für den Start vorbereitet. © André Ehrlich, Universität Leipzig

Er ist wieder da. Zurück in der Arktis. Beluga, der Fesselballon aus Leipzig. Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos) und der Universität Leipzig haben ihn nach Spitzbergen gebracht. Die bodennahen Luftschichten in der Arktis, die eine große Rolle beim Klimawandel dieser Region spielen, werden nun zum arktischen Winterbeginn betrachtet, bis Mitte November. Der zweite Teil wird Mitte März bis Mitte Mai 2022 den Übergang in die Schmelzperiode im arktischen Frühjahr unter die Lupe nehmen.

Die Messungen sollen helfen, die besonders starke Erwärmung der Arktis besser zu verstehen und in den Klimamodellen präziser abzubilden. Nachdem sich das Ballon-System im vergangenen Jahr in der Sommersaison auf der Mosaic-Expedition bewährt hat, kommt es jetzt erstmals auch im arktischen Herbst zum Einsatz. Standort nun ist dafür die Polarforschungsstation Awipev in Ny-Alesund auf Spitzbergen.

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Die Ballonmessungen sind verknüpft mit der Flugzeugkampagne Halo-(AC)³, die ein internationales Forscherteam von März bis April 2022 durchführen wird. Dann soll erstmals in dieser Intensität der Warmlufttransport in die Arktis und dessen Auswirkungen beobachtet werden. Dabei werden erstmals die deutschen Forschungsflugzeuge Halo, Polar 5 und Polar 6 in der Arktis zusammen mit dem Ballon fliegen und die Atmosphäre zeitgleich in unterschiedlichen Höhen untersuchen.

1.000 entscheidende Meter

Die aktuellen Messungen auf Spitzbergen finden vor allem in den untersten Luftschichten bis etwa 1.000 Meter Höhe statt. „Wolken beeinflussen den Austausch der Wärme zwischen Boden und höheren Luftschichten stark und verursachen erhebliche Effekte auf die Energiebilanz“, erklärt Holger Siebert vom Tropos, der die Ballon-Kampagne leitet. Genau dazu sollen Daten in der Luft gesammelt werden: Temperatur, Feuchtigkeit, Turbulenz, Strahlung sowie Partikel, Eis und Wasser in den Wolken.

Aktuelle Modelle können diese komplexen Prozesse durch die Wolken oft nicht realistisch genug beschreiben. Daher wollen die Forscher jetzt detaillierte Messungen zu verschiedenen Jahreszeiten vornehmen. Zusätzlich werden Partikel- und Wolkenwasserproben genommen, die im Anschluss an die Kampagne in den Leipziger Labors auf marine Kohlenhydrate untersucht werden. Sie sind eine Erklärung für das unterschiedlich Eisgefrierverhalten in Wolkentröpfchen. Das wiederum hat großen Einfluss auf die Auswirkungen von Wolken. Sie wärmen oder sie kühlen die Atmosphäre, je nachdem.

Von besonderem Interesse sind dabei die großen saisonalen Unterschiede zum Beispiel in der Partikelneubildung sowie in den Wechselwirkungen zwischen Wolken und Aerosolpartikeln.

Der Leipziger Fesselballon schwebt mit seiner wissenschaftlichen Nutzlast über Spitzbergen.
Der Leipziger Fesselballon schwebt mit seiner wissenschaftlichen Nutzlast über Spitzbergen. © Sebastian Zeppenfeld, TROPOS

Bakterien in der Luft

Durch die zweigeteilte Messkampagne erhofft sich die Atmosphärenchemie neue Erkenntnisse zu dem Einfluss biologischer Aktivität auf das Klima: „Uns interessieren die Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre – besonders in den Polarregionen, die vom Klimawandel stark betroffen sind“, sagt Sebastian Zeppenfeld vom Tropos.

„Während einer Messkampagne 2019 in der Antarktis sahen wir Indizien, dass Zucker aus dem Meer in die Atmosphäre transportiert werden, aber sich dann in der Atmosphäre recht schnell chemisch verändern. Das deutet auf Bakterien in der Luft hin, die dann die Zucker in der Atmosphäre auffressen.“ Genau das soll nun auf Spitzbergen untersucht werden. Zucker in Aerosolen, im Wolkenwasser und an der Wasseroberfläche werden gemessen und dann auch Wolken-Bakterien im Labor gezüchtet.

Der zweite Teil der Ballonmessungen auf Spitzbergen wird parallel zur Flugzeugkampagne Halo-(AC)³ im Frühjahr 2022 stattfinden. Dann werden auch die zwei Polarflieger Polar 5 und 6 vom Alfred-Wegener-Institut und das Forschungsflugzeug Halo vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Arktis messen. „Mit den Flugzeugen können wir einfach nicht beliebig tief und beliebig langsam fliegen und schon gar nicht im engen Fjord vor Ny-Alesund“, fügt André Ehrlich von der Universität Leipzig hinzu. Er ist sowohl an Ballon- als auch an Flugzeugkampagnen beteiligt.

Halo-(AC)³ als Gesamtprojekt wird maßgeblich von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert und von der Meteorologie der Uni Leipzig geleitet.

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