Die Jagd auf das „Waschmittel“ von Sky beginnt in der Antarktis.

Ice zeichnet vorindustrielle Werte einer Chemikalie auf, die die Atmosphäre von Treibhausgasen reinigt.

Um zu verstehen, wie sich der Himmel selbst reinigt, reist ein Team aus Australien und den USA in die Antarktis, um das Hauptwaschmittel der Atmosphäre zu finden. Indem sie tief in das Polareis bohren, wollen die Wissenschaftler herausfinden, wie sich die Fähigkeit des Himmels, einige ozonabbauende Chemikalien und potente Treibhausgase zu entfernen, seit der industriellen Revolution verändert hat – Informationen, die dazu beitragen könnten, die Prognosen zur globalen Erwärmung zu verbessern.

Die ersten Mitglieder des Projekts reisten diese Woche zum Law Dome, ihrem Bohrplatz in der Ostantarktis. Dort hoffen sie, die ersten historischen Daten über die Konzentrationen des dominierenden atmosphärischen Reinigungsmittels, des Hydroxylrestes, zu erfassen. Dieses hochreaktive Molekül, das aus einem an ein Wasserstoffatom gebundenen Sauerstoffatom besteht, baut etwa 40 Gase in der Luft ab. Dazu gehören Methan und Fluorkohlenwasserstoffe, aber nicht das am häufigsten vorkommende Treibhausgas Kohlendioxid.

Obwohl Studien an anderen atmosphärischen Gasen in den letzten vier Jahrzehnten genutzt wurden, um den Gehalt an Hydroxyl zu ermitteln, bezeichnen Atmosphärenchemiker die Chemikalie immer noch als „das große Unbekannte“.

„Wir standen mehr oder weniger im Dunkeln, wenn es darum ging, wie sich Hydroxyl von der vorindustriellen Zeit bis heute entwickelt hat“, sagt Apostolos Voulgarakis, Umweltwissenschaftler am Imperial College London. „Dieses neue Forschungsvorhaben kann beispiellose Informationen über Hydroxylvariationen in der tieferen Vergangenheit liefern, was spannend ist.“

Riskantes Geschäft
In zweieinhalb Monaten wird das Team mindestens zwei Eiskerne – wenn es die Zeit erlaubt – bis in Tiefen von etwa 230 Metern bohren. Sie werden dann die Kerne schmelzen, um Luftblasen zu entfernen, die beim Einfrieren des Eises eingeschlossen wurden. Die Proben werden die Atmosphäre bis etwa 1880 repräsentieren, bevor die Emissionen von Treibhausgasen aus menschlichen Aktivitäten zu steigen begannen.

Hydroxylradikale entstehen auf natürliche Weise in der Atmosphäre in einer Reaktion mit ultravioletten Strahlen, Ozon und Wasserdampf. Da die Radikale aber etwa eine Sekunde dauern, bevor sie mit anderen Gasen reagieren und sie abbauen, wird das Team stattdessen als Proxy den winzigen Anteil an Kohlenmonoxid messen, der das Kohlen-14-Isotop enthält.

Kohlenstoff-14 in Kohlenmonoxid wird in der Atmosphäre durch kosmische Strahlung mit bekannter Geschwindigkeit erzeugt und durch Hydroxyl fast vollständig entfernt. Aus diesem Grund können Wissenschaftler den Trend in seiner Fülle nutzen, um den Trend des Radikals abzuleiten, sagt David Etheridge, Atmosphärenchemiker bei der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) in Aspendale, Australien, und Co-Leiter des Bohrprojekts.

Aber die Messung von Kohlenmonoxid, das Kohlenstoff-14 enthält, ist schwierig, da es nur wenige Kilogramm davon in der Atmosphäre gibt, sagt Etheridge. „Und wir versuchen, ein wenig davon in den letzten 150 Jahren im antarktischen Eis zu messen.“

Es besteht auch die Gefahr, dass die Eiskerne mit externen Quellen von Kohlenstoff-14 aus kosmischen Strahlen verunreinigt werden. Diese hochenergetische Strahlung kann nicht in das Eis eindringen, aber sobald die Kerne entfernt werden, besteht die Gefahr einer Exposition. Dies würde das Signal stören, das das Team zu messen versucht, sagt Co-Leiter Vasilii Petrenko, ein Eis-Kern-Wissenschaftler an der University of Rochester in New York. Um dieses Risiko zu vermeiden, werden die Forscher das Eis schmelzen und die Luft vor Ort absaugen.

Eine lange Strecke
Die Organisation der Ausrüstung, um dies zu tun und sie zu einem entfernten Eisschild zu transportieren, war eine große logistische Herausforderung, sagt Teammitglied Peter Neff, ein eiskerniger Wissenschaftler an der University of Washington in Seattle.

Traktoren zogen riesige Schlitten mit Ausrüstung zur Law Dome Bohrstelle, die mehr als 130 Kilometer von der nächsten Forschungsstation entfernt liegt. Und es wird 36 Tage dauern, bis das Team das Eis geschmolzen hat, das sie brauchen, um genügend Luftproben zu erhalten. „Es ist ein Marathon, kein Sprint“, sagt Neff.

Das Projekt wird von der Australian Antarctic Division und der US National Science Foundation mitfinanziert.

Sobald die Forscher aus der Antarktis zurückkehren, um den Gehalt an Kohlenstoff-14 in Kohlenmonoxid zu bestimmen, wird das Team das Gas in Kohlendioxid und dann in Graphit umwandeln, aus dem das Isotop gemessen werden kann. Aus den Informationen können die Wissenschaftler dann ableiten, wie sich die Hydroxylwerte in der südlichen Hemisphäre im Laufe der Zeit verändert haben.

Modellverbesserung
Bisher stammen die Informationen über historische Trends der Hydroxylwerte ausschließlich aus atmosphärischen Modellen; diese Simulationen deuten darauf hin, dass die Konzentrationen von 1850 bis in die 1970er Jahre, als sie zu steigen begannen, ziemlich stabil blieben. Der Anstieg sei vor allem auf eine Erhöhung der damaligen atmosphärischen Erwärmung zurückzuführen, sagt Voulgarakis.

Die von Law Dome gesammelten Daten werden dazu beitragen, festzustellen, ob die Atmosphärenmodelle diesen Trend richtig erfasst haben, sagt Matt Woodhouse, ein Klimamodellierer bei CSIRO, der die Informationen nutzen wird, um Australiens globales Chemie-Klima-Modell, genannt ACCESS, zu verbessern. „Unsere Fähigkeit, Hydroxyl zu lösen, wird die Klimamodelle nicht revolutionieren, aber unser Vertrauen in sie stärken.“

Und genaue Bilder der historischen und aktuellen atmosphärischen Konzentrationen von Hydroxyl sind unerlässlich, um bessere Prognosen über die zukünftigen Werte zu entwickeln, sagt Voulgarakis. Dies wird dann genauere Prognosen über den zukünftigen Reichtum an klimawirksamen Gasen – wie Methan, Ozon in der untersten Atmosphärenschicht und Aerosole – ermöglichen, die Hydroxyl vom Himmel schrubben, sagt er. Dies würde es einfacher machen, den potenziellen Beitrag der Gase zur globalen Erwärmung zu bestimmen.

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