Forschungsflugzeug HALO auf Mission in der Arktis
- Messkampagne ASCCI untersucht den Einfluss von Ozon und Wasserdampf in Troposphäre und Stratosphäre.
- Das Forschungsflugzeug HALO fliegt dafür von Kiruna in Schweden Richtung Arktis.
- Forschende des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre sind mit Instrumenten an Bord von HALO beteiligt.
- HALO unterfliegt den europäisch-japanischen EarthCARE-Satelliten zum Vergleich von Messdaten.
- Schwerpunkte: Luftfahrt, Raumfahrt, Erdbeobachtung, Klimawandel
Die Arktis zählt zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Regionen. Die Temperatur ist hier in den letzten Jahrzehnten etwa viermal so stark angestiegen wie im globalen Durchschnitt. Warum sich die Arktis so viel stärker erwärmt als die übrige Erdoberfläche und welche Auswirkungen dies hat, erforscht eine vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Goethe-Universität Frankfurt koordinierte Messkampagne. Dafür beginnen nun ausgehend vom schwedischen Kiruna Forschungsflüge mit dem deutschen Forschungsflugzeug HALO, die bis Anfang April andauern. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betreibt HALO und ist mit Instrumenten an Bord beteiligt. Zudem sind Vergleichsmessungen mit dem europäisch-japanischen EarthCARE-Satelliten geplant.
Die Messkampagne ASCCI (Arctic Springtime Chemistry-Climate Investigations) beschäftigt sich vor allem mit der Frage, wie Ozon und Wasserdampf in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre – also in Höhen zwischen etwa fünf und 15 Kilometern – den arktischen Klimawandel beeinflussen. Oder auch von diesem beeinflusst werden. Dazu untersucht die Kampagne speziell die Prozesse, die in der Atmosphäre über der Arktis im Frühjahr stattfinden. Zu diesen gehört unter anderem der Abbau des stratosphärischen Ozons. Vor allem in Jahren mit kalter Stratosphäre laufen ähnliche Prozesse wie beim antarktischen Ozonloch ab. Diese Prozesse können auch einen signifikanten Teil der Ozonschicht zerstören.
In der Stratosphäre gibt es wärmere und kältere Winter. Durch die Zunahme von Treibhausgasen wird die Stratosphäre allerdings immer kälter, während die Temperaturen am Boden und in der Troposphäre immer weiter ansteigen. Chlorverbindungen werden bei Temperaturen unter minus 78 Grad Celsius chemisch so umgewandelt, dass sie die Ozonschicht angreifen und teilweise zerstören. Obwohl Fluorchlorkohlenwasserstoffe und andere ozonzerstörende Substanzen schon seit Jahrzehnten nicht mehr produziert werden, wird es noch Jahrzehnte dauern, bis sie vollständig aus der Atmosphäre verschwunden sind. So spielen diese Substanzen weiter eine Rolle und ihre Auswirkungen müssen anhaltend analysiert werden.
Gleichzeitig befindet sich durch den Ausbruch des Unterwasservulkans Hunga-Tonga vor drei Jahren immer noch deutlich mehr Wasser in der Stratosphäre als normal. Wie sich das auf die Ozonschicht auswirkt, wollen die Forschenden ebenfalls während der Kampagne ASCCI untersuchen.
Zudem werden im Frühjahr vor allem Luftschadstoffe in die Arktis transportiert, die dort als kurzlebige Treibhausgase wirken können. Ein weiteres Ziel der Kampagne ist es, diese Prozesse durch gezielte Messungen besser nachzuvollziehen.
HALO als „Fliegendes Labor“ mit zahlreichen Instrumenten bestückt
Die Messflüge finden mit dem vom DLR betriebenen Forschungsflugzeug HALO statt, das bis April in Kiruna stationiert ist. Ein zentrales Messinstrument an Bord ist das Infrarot-Spektrometer GLORIA, das Forschende des KIT gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich entwickelt haben. Es zählt zu den wenigen Instrumenten weltweit, das hochaufgelöste vertikale Verteilungen einer Vielzahl von Spurenstoffen in großen Höhen messen kann.
Das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre steuert der Kampagne einzigartige Instrumente für die Beantwortung der wissenschaftlichen Fragestellungen bei. Stickoxide und die Summe aller reaktiven Stickoxidverbindungen sowie gasförmige Salzsäure, Salpetersäure und Chlornitrat sind Spurengase, die vom DLR mit einem Chemiluminiszenz-Gerät und einem Massenspektrometer gemessen werden. Sie sind wichtige Schlüsselgrößen in der arktischen Ozonchemie. Ihre Messung lässt Rückschlüsse auf die Bildung von Polaren Stratosphärenwolken in der darüber liegenden Stratosphäre zu. Diese sind essenziell für den Ozonabbau über den Polen. Mit einem Lidar-Instrument messen die Forschenden des DLR gleichzeitig höhenaufgelöste Profile von Wasserdampf und Ozon unterhalb des Flugzeugs mitttels Laserstrahlung. Die zu einem zweidimensionalen Vorhang entlang des Flugpfads zusammengefügten Profile erlauben dann eine detaillierte Untersuchung des Spurengas-Austausches zwischen Stratosphäre und Troposphäre.
Gleichzeitig kann dieses Lidar-Instrument auch vertikale Verteilungen von Aerosolen und arktischen Eiswolken messen. Mittels präziser Flüge unterhalb des europäisch-japanischen EarthCARE-Satellite, der seit Mitte 2024 die Erde 15-mal pro Tag umkreist, werden die Messdaten zwischen Forschungsflugzeug und Satellit verglichen. Bereits 2024 gab es umfangreiche Vergleichsmessungen von HALO und EarthCARE in tropischen Regionen. Die ASCCI-Kampagne bietet jetzt die Gelegenheit auch Vergleichsmessungen in den hohen arktischen Breiten durchzuführen.
An der ASCCI-Kampagne sind neben dem KIT, der Goethe-Universität Frankfurt und dem DLR auch das Forschungszentrum Jülich sowie die Universität Heidelberg, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz und die Bergische Universität Wuppertal beteiligt.
Weiterführende Links
Über HALO
Das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Gefördert wird HALO durch Zuwendungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft, der Leibniz-Gemeinschaft, des Freistaates Bayern, des KIT, des Forschungszentrums Jülich und des DLR. Das DLR ist zugleich Eigner und Betreiber des Flugzeugs.