Treibhausgase Beobachtung – 10 Jahre SCIAMACHY

Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) sind die beiden einflussreichsten vom Menschen verursachten Treibhausgase in unserer Atmosphäre. Sie sind maßgeblich für den Klimawandel und die Erderwärmung verantwortlich. Eine Zusammenfassung der SCIAMACHY-Daten zeigt jetzt die Entwicklung der Treibhausgase in den letzten zehn Jahren.

Als im Jahr 2002 das deutsch-niederländisch-belgische Instrument SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography) auf dem ESA-Umweltsatelliten ENVISAT erstmals genutzt werden konnte, um per Satellitenmessung CO2 und CH4 in der Atmosphäre aufzuspüren, war das ein Meilenstein für die Klimaforschung.

Das Deutschen Zentrum für Luft– und Raumfahrt (DLR) hat diese wichtige Arbeit zur Klimaforschung von Beginn an über sein Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) unterstützt. Nun haben Forscher der Universität Bremen erstmals über den Gesamtzeitraum der ENVISAT-Mission SCIAMACHY-Daten ausgewertet und so ein vollständiges Bild über zehn Jahre CO2- und CH4-Entwicklung erhalten.

"Wenn wir wissen wollen, wie sich das Klima der Erde in den kommenden Jahren verhält, müssen wir uns ein Bild der Vergangenheit machen und das Verhalten der Treibhausgase über Jahre studieren. Dank SCIAMACHY konnten Wissenschaftler ein Jahrzehnt lang bis zum Betriebsende von ENVISAT Kohlendioxid und Methan vom Weltall aus global und genau messen und mit speziellen Computerprogrammen Weltkarten und Zeitserien der mittleren Konzentrationen und ihren räumlichen und zeitlichen Veränderungen erstellen", sagt Dr. Achim Friker, SCIAMACHY-Projektmanager des DLR Raumfahrtmanagements.

Anstiege von CO2 und Methan vom All aus messbar

ENVISAT war eigentlich nur für fünf Jahre Lebensdauer ausgelegt. "Der SCIAMACHY-Datensatz über zehn Jahre ist für die Wissenschaft ein Geschenk", so Friker. Kohlendioxid und Methan sind die wichtigsten vom Menschen gemachten Treibhausgase der Erdatmosphäre. Ihr Anstieg trägt am stärksten zum weltweiten Klimawandel bei. CO2-Konzentration über zehn Jahre gemessen und ausgewertet.

Aus dem Weltall lässt sich erkennen, wo permanent erhöhte Konzentrationen zu finden sind. Daraus können Rückschlüsse auf die Ursachen gezogen werden. "Atmosphärisches CO2 nimmt trotz aller internationalen Anstrengungen zur Emissionsreduktion beständig zu, und zwar derzeit um etwa 0,5 Prozent jährlich.

Beim Methan ist die Lage komplizierter: bis 2006 war es nahezu konstant, aber seit 2007 steigt es mit etwa 0,3 bis 0,5 Prozent pro Jahr an", erklärt Dr. Michael Buchwitz vom Institut für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen. Die Grafiken des IUP Bremen zeigen die globale Verteilung der Konzentrationen für Methan (XCH4) und CO2 bzw. dessen Anstieg in ppm (parts per million, Millionstel-Anteil) und ppb (parts per billion, Milliardstel-Anteil).

Was geschieht mit Treibhausgasen in der Atmosphäre?

Die Hauptquelle von CO2 ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Öl und Gas durch Verkehr, Industrie oder im Haushalt. Jährlich werden vom Menschen rund 36 Milliarden Tonnen in die Atmosphäre geblasen – Tendenz steigend. Während etwa die Hälfte von natürlichen Senken wie Ozeanen oder großflächigen Waldgebieten aufgenommen wird, verbleiben die restlichen 50 Prozent langfristig in der Atmosphäre. Wie sich diese natürlichen Senken in der Zukunft verhalten werden, ist jedoch unklar, und daher ein wichtiger aktueller Forschungsschwerpunkt.

Auch Methan wird maßgeblich vom Menschen freigesetzt: Kohleabbau, Öl- und Gasgewinnung, undichte Leitungen, Müllentsorgung sowie Viehzucht kommen als Quellen in Frage. Die Konzentration von Methan ist noch sehr viel kleiner als von CO2. Seine klimaschädliche Wirkung pro Kilogramm ist aber 25-mal stärker.

"Warum CO2 ansteigt ist bereits lange klar: Steigende Emissionen durch Verbrennung fossiler Brennstoffe. Wir sehen insbesondere einen starken Anstieg der Emissionen in China. Warum das Methan jedoch bis 2006 nahezu konstant war und seit 2007 wieder ansteigt, wird erst langsam klar. Neueste Analysen mittels SCIAMACHY-Daten zeigen, dass der Methananstieg aller Wahrscheinlichkeit nach durch zunehmende anthropogene Emissionen verursacht wird. Die Analyse zeigt jedoch auch, dass es starke Jahr-zu-Jahr Variationen durch wetterbedingt schwankende Emissionen von Sumpfgebieten sowie großräumigen Bränden gibt", erklärte Buchwitz.

Kooperationen für lückenlose Zeitreihen der Daten

Um diese Informationen zu erhalten, haben die Forscher die SCIAMACHY-Daten mit globalen Modellen verglichen und mittels Modellsimulationen Rückschlüsse auf die Quellen gezogen. "Dank der SCIAMACHY-Daten können wir bereits viele Fragen recht genau beantworten. So sind wir am Puls des Klimawandels", betont Friker.

"Lange unterbrechungsfreie Zeitreihen sind gerade für die Klimaforschung unverzichtbar. Daher setzen wir die SCIAMACHY Treibhausgas-Zeitreihen derzeit mit den Daten des japanischen GOSAT-Satelliten fort. Für die Methanforschung entwickelt das DLR in Zusammenarbeit mit der französischen Raumfahrtagentur CNES den Erdbeobachtungssatelliten MERLIN. Dies geschieht in enger Kooperation mit japanischen und europäischen Wissenschaftlern", so Buchwitz. Das Satelliteninstrument SCIAMACHY hat bis zum Ausfall von ENVISAT am 08. April 2012 die von der Atmosphäre zurückgestreute Sonnenstrahlung analysiert.

Aus den charakteristischen Spektrallinien der atmosphärischen Bestandteile ließen sich die Konzentrationen einer Vielzahl von Spurengasen bestimmen, die für die Luftqualität, den Treibhauseffekt und die Ozonchemie wichtig sind. SCIAMACHY entstand in deutsch-niederländisch-belgischer Kooperation. Auf deutscher Seite lagen die Projektleitung beim DLR und die wissenschaftliche Leitung beim Institut für Umweltphysik der Universität Bremen.