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Umwelt Wirbelnder Sog

Ändern Flugzeuge das Weltklima? Zwei Großforschungsprojekte sollen den Einfluß der Triebwerksabgase klären.
aus DER SPIEGEL 35/1996

In einer Reiseflughöhe von knapp zwölf Kilometern zog die Boeing 757 über dem US-Bundesstaat Kansas ruhig ihre Bahn. Von den idealen Flugbedingungen merkten die Passagiere der vierstrahligen DC 8, die der Boeing hinterherflog, nichts; im Gegenteil: Ihr Flugzeug schwankte und kippte, wurde geschüttelt, sackte ab und schien dann wieder hochzuhüpfen. Die 40 Wissenschaftler an Bord der DC 8 griffen zu den Spucktüten.

Sonst aber verlief alles nach Plan: Geschickt hielten die DC-8-Piloten ihre Maschine in den Wirbelströmen zwischen den beiden Kondensstreifen, welche die Boeing hinter sich herzog.

Der Rüttelflug über Kansas war Teil eines internationalen Programms, mit dem europäische und amerikanische Wissenschaftler seit zwei Jahren ein bisher weitgehend unerforschtes Feld beackern: Welchen Einfluß haben die rund 10 000 Passagierjets, die täglich in Höhen bis zu zwölf Kilometern unterwegs sind, auf die globalen Wetter- und Klimaverhältnisse, und in welchem Umfang verstärken diese Flugzeuge den Treibhauseffekt? Welche Rolle wird diese Umweltbelastung in Zukunft spielen - angesichts der Tatsache, daß sich die Zahl der Passagierjets in den nächsten 25 Jahren voraussichtlich verdoppeln wird?

»Mission Success« - Unternehmen Erfolg - heißt das Untersuchungsprogramm, mit dem die amerikanische Nasa diesen Fragen nachgeht; 140 Millionen Dollar stehen dafür bereit. »Polinat« nennen die Europäer ihr Parallelprojekt, an dem die Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen, das Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik, das französische Institut für die Dynamik der Atmosphäre sowie eine US-Arbeitsgruppe von der University of Missouri beteiligt sind.

Angestoßen wurden die beiden Großprojekte durch Untersuchungsergebnisse, wonach es in den vergangenen Jahrzehnten in Gebieten unter den Hauptflugrouten zu stärkerer und dichterer Wolkenbildung sowie zu Temperaturverschiebungen gekommen ist. »Nicht ausschließen« will beispielsweise Nasa-Forscher Randall Friedl, »daß der Flugverkehr einige dieser Veränderungen bewirkt« hat.

Zur Aufhellung des Verdachts begaben sich die Forscher auf wissenschaftliches Neuland. Zwar sind die Schadstoffe, die beim Verbrennen von Kerosin aus der Düse austreten, bei Triebwerksversuchen am Boden verhältnismäßig leicht zu bestimmen. Doch verläßliche Angaben über die Jet-Emissionen in typischen Reiseflughöhen - bei Temperaturen bis zu minus 85 Grad und in dünner Luft - fehlten bislang. Unklar war darüber hinaus, welche chemischen Verbindungen die Jet-Abgase mit der Atmosphäre eingehen.

Das Verfolgen der Quell-Flugzeuge, wie DLR-Experte Hans Schlager jene Passagierjets nennt, in deren wirbelndem Sog sich die mit Meß- und Analysegeräten bestückten Forschungsjets durchrütteln lassen, hat bereits eine Reihe von Ergebnissen gebracht. Dabei bestätigten sich Computermodelle, mit denen sich auf der Erde gemessene Werte auf die Verhältnisse in Reiseflughöhen hochrechnen lassen.

So werden, wie die Höhen-Messungen ergeben, bei der Verbrennung eines Kilogramms Kerosin im Fluge jeweils 3,15 Kilogramm Kohlendioxid frei, ferner bis zu 20 Gramm Stickoxide, 1,24 Kilogramm Wasserdampf sowie Schwefeldioxide, Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und jede Menge Rußpartikel.

Der Ausstoß dieser Schadstoffe erfolgt hauptsächlich in Höhen, in denen das Wetter- und Klimageschehen geprägt wird - in der Troposphäre, der untersten Schicht der Atmosphäre, und der darüber liegenden Tropopause. Ihre Höhe schwankt zwischen 8 Kilometern über den Polen und 16 Kilometern über dem Äquator.

Zu den sichtbaren Folgen der Jet-Verschmutzung zählt die Wolkenbildung. Kondensstreifen entstehen, wenn heißfeuchte Triebwerksabgase auf kalte Luft in der Troposphäre treffen, wobei der Wasserdampf gefriert und sich zu Wolken sammelt, die beim Auseinanderdriften den natürlichen Federwolken (Cirrus) gleichen.

Daß Jet-Emissionen die Wolkenbildung auch noch anderweitig ankurbeln können, zeigen erste Analysen der Success-Mission aus dem Frühjahr. Abgasuntersuchungen mit Triebwerken am Boden hatten ergeben, daß dort in dem gasförmigen Schwefeldioxid weniger als ein Prozent Schwefelsäure enthalten war.

Die Success-Messungen hingegen zeigen, daß wenigstens zehn Prozent der Schwefelrückstände in Form winziger Tröpfchen Schwefelsäure ausgestoßen werden. Sie bilden, ähnlich wie die Rußpartikel, Sammelpunkte für Wasser, sind mithin Grundbausteine für neue Wolken.

Strittig ist, ob die Kondensstreifen und Cirruswolken, deren Entstehung durch die Jets verursacht wird, zu einer Erwärmung oder Erkaltung der Atmosphäre führen. Einerseits reflektieren diese Höhenwolken einen Teil des Sonnenlichts und halten so die unteren Luftschichten kühl, andererseits absorbieren und rückreflektieren sie die irdische Infrarotabstrahlung und wirken so als Wärmeglocke.

Halbwegs einig sind sich die Forscher über die Auswirkungen der Stickoxide aus den Abgasfahnen der Passagierjets. Bis zu einer Höhe von zehn Kilometern sind Stickoxide für die Bildung des Treibhausgases Ozon mitverantwortlich. Jenseits dieser Höhe aber bauen Stickoxide die vor UV-B-Sonnenstrahlen schützende Ozonschicht ab.

Etwa die Hälfte aller Stickoxide, die sich über der nördlichen Erdhalbkugel in Höhen zwischen acht und zwölf Kilometern befinden, ist nach Ansicht von DLR-Projektchef Ulrich Schumann das Resultat von Jet-Emissionen.

Um welche Mengen es dabei geht, zeigt das Beispiel eines Jumbo-Jets vom Typ Boeing 747-400. Er verbrennt auf einem Transatlantikflug zwischen Frankfurt und New York 80 Tonnen Kerosin.

Unter den Rückständen dieses einen Fluges finden sich 252 Tonnen des Klimagases Kohlendioxid und nahezu eine Tonne Stickoxide.

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