Die beiden Kohlenwasserstoffe Methan und Isopren sind jene organischen Verbindungen, die am meisten in die Atmosphäre emittiert werden. Methan steht seit langem im Fokus der Wissenschaft – nicht zuletzt deshalb, weil es ein starkes Treibhausgas ist. Isopren hingegen (eigentlich 2-Methylbuta-1,3-dien oder C5H8) war bislang nur von geringem Interesse. Doch nun haben US-Forscher im Fachjournal "Nature" erstmals globale Isopren-Messungen vorgestellt, die auf Satellitenmessungen beruhen. Innsbrucker Forscher waren daran entscheidend mitbeteiligt.
Isopren, ein ungesättigter Kohlenwasserstoff, wird von Pflanzen freigesetzt, insbesondere von vielen Baumarten wie Eichen oder Pappeln. Es wird üblicherweise innerhalb einer Stunde wieder abgebaut, allerdings entstehen dabei in Kombination mit Verkehrs- und Industrieabgasen sekundäre Luftschadstoffe wie Ozon oder Feinstaubpartikel. Die Isopren-Konzentrationen sind also durchaus von Interesse. Das Problem ist aber, dass es "eine große Unsicherheit über das Ausmaß der globalen Isopren-Emissionen gibt", sagt Armin Wisthaler vom Institut für Ionen- und Angewandte Physik der Uni Innsbruck.
Zunächst per Flugzeug
Bereits 2013 standen daher Isopren und andere flüchtige organische Verbindungen im Mittelpunkt von Messungen, die US-Behörden vom Flugzeug aus über dem Südosten der USA durchführten. Daran beteiligt war neben Wisthaler auch Martin Graus vom Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften der Uni Innsbruck. Die Forscher führten bei mehr als 40 Flügen mit einem in Innsbruck entwickelten speziellen Massenspektrometer Isopren-Messungen in der Atmosphäre durch.
Die Auswertung der dabei gewonnenen Daten sei sehr komplex und dauere entsprechend lange, sagt Wisthaler. Dann kamen die Modellierer zum Zug, welche die Daten der Innsbrucker Forscher zur Validierung der von einem Team um Dylan Millet von der University of Minnesota entwickelten Methode zur Auswertung von Satellitendaten nutzten. "Damit diese neue Methode überhaupt publiziert und anerkannt wird, waren die direkt in der Atmosphäre gewonnenen Daten sehr wichtig", so Wisthaler.
Globale Sicht
Die neue Methode ermögliche es nun, die Messdaten von Infrarot-Instrumenten (Cross-Tracked Infrared-Sounders, CrIS) auf Satelliten auszuwerten. Mit einem Algorithmus, der auf einem künstlichen neuronalen Netzwert basiert, gelingt es, aus diesen Satelliten-Messdaten eine globale Karte der Isoprenkonzentration in der Erdatmosphäre zu erstellen, berichten die Forscher. Durch die Erfassung aus dem Weltraum könne "gewissermaßen die gesamte Erdatmosphäre als ein chemischer Reaktor aus dem Weltraum beobachtet und atmosphärenchemische Prozesse auf globaler Ebene studiert" werden, so Wisthaler.
In der Studie wurden nun mit den Satellitenmessungen vier globale Isopren-Hotspots bestätigt, die sich weitgehend mit großen Waldgebieten decken: Sie liegen im Amazonas-Gebiet, in Zentralafrika, Australien und dem Südosten der USA. Die Daten zeigten aber auch einen bisher unerkannten Hotspot im südlichen Afrika auf. (APA, red, 10. 9. 2020)