Vieles deutet darauf hin, dass Waldbrände durch die Klimaerhitzung häufiger vorkommen. Besonders gefährdet ist der Mittelmeerraum, wie zahlreiche Feuer im Sommer 2022 zeigten. Dadurch könnten sich öfter Feuerwolken bilden, die fachsprachlich auch als Pyrocumulonimbus bezeichnet werden. Wie eine aktuelle Studie im Fachjournal "Science" zeigt, beeinflussen die gigantischen Wolkentürme die Stratosphäre und damit auch das Klima.

Die Feuerwolken werden erst seit relativ kurzer Zeit als solche erkannt und erforscht. Wahrscheinlich zeigt sogar ein historisches Foto aus Hiroshima im Jahr 1945 eine solche Gewitterwolke, obwohl man lange Zeit annahm, es handle sich um eine Aufnahme der Atombombenwolke. Stattdessen dürften der Feuerball der Explosion und der folgende Feuersturm dafür gesorgt haben, dass sich Pyrocumulonimbus bildete.

Der sperrige Begriff lässt sich zerteilen in "pyro", "cumulus" und "nimbus" – "Feuer", "Haufen" und "Wolke", wie die altgriechischen und lateinischen Wurzeln verraten. Es handelt sich um riesige Wolkentürme, die durch einen großen Brand entstehen. Rauch und Hitze sorgen bei den richtigen instabilen Verhältnissen in der Atmosphäre dafür, dass sich ein oft mehr als zehn Kilometer hoher Gewitterturm aufbaut. Damit wird der Qualm wie bei einem Schornstein in die Stratosphäre geblasen. Die US-Weltraumbehörde Nasa bezeichnete Pyrocumulonimbus-Wolken als "feuerspeiende Wolkendrachen".

Erwärmen oder abkühlen

Wie viel Raum die hinaufgetragenen Rußpartikel und organischen Aerosole einnehmen können, untersuchte nun ein Forschungsteam um Joshua Schwarz von der US-Klimaforschungsbehörde NOAA, zu dem auch Bernadett Weinzierl, Maximilian Dollner und Agnieszka Kupc von der Forschungsgruppe Aerosolphysik und Umweltphysik an der Universität Wien gehörten.

Das ist wichtig, denn die in die Höhe getragenen Rußpartikel und organischen Aerosole werden über längere Zeit nicht abgebaut. In der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre machen diese Teilchen dann zwischen zehn und 25 Prozent der Aerosole aus, schreiben die Fachleute.

In den oberen Schichten der Atmosphäre können Aerosolpartikel unterschiedliche Auswirkungen haben. Sie können zu einer Erwärmung dieser Luftschichten beitragen, aber auch Sonnenlicht reflektieren und dadurch eher abkühlen. Daher werden Pyrocumulonimbus-Wolken – kurz PyroCb – schon seit Jahren beobachtet. Ihre Auswirkungen auf das Klima sind aber noch unklar.

Mit dem Flugzeug durch die Wolke

Grundlagen der aktuellen Auswertung waren Daten, die ein Forschungsflugzeug im August 2017 sammelte, als es durch eine solche Wolke flog. Dies geschah im Rahmen der "Atmospheric Tomography Mission" der Nasa, um die Atmosphäre über den Ozeanen zu untersuchen. Entstanden war das Wolkengebilde durch mehrere Waldbrände im US-Bundesstaat Washington und in British-Columbia (Kanada). Anhand der dabei aufgenommenen Daten zeigten die Forscherinnen und Forscher, "dass es sich um das größte PyroCb-Ereignis gehandelt hat, das in der Satelliten-Ära bisher beobachtet wurde", wie sie in ihrer Arbeit schreiben.

Dieses "Pacific Northwest Event" genannte Ereignis hat nur einen kleinen Teil der 2017 von Waldbränden zerstörten Fläche auf der nördlichen Hemisphäre ausgemacht und war nur für rund fünf Prozent der dadurch verursachten CO-Emissionen verantwortlich. Dennoch gingen ein Jahr später immer noch rund 40 Prozent der Rußpartikel in der unteren Stratosphäre der nördlichen Hemisphäre auf das Konto dieser Feuerwolke.

Überraschend und bemerkenswert waren für die Fachleute "extrem dicke Schichten", die sich an die Rußpartikel angelagert hatten. Dieses Ergebnis sei "so unerwartet gewesen", dass sie weitere Tests durchführten, um es zu bestätigen. Diese Beschichtung sei zusammen mit Größe und Masse der Rußpartikel ein stabiles Merkmal des PyroCb-Rauchs. Es könne als Wiedererkennungsmerkmal oder Fingerabdruck genutzt werden und zeigen, ob bestimmte Partikel durch eine Feuerwolke in die Stratosphäre getragen wurden.

Dreimal mehr Rauch

Anhand dieser Fingerabdrücke analysierte die Forschungsgruppe nochmals die Daten von zwölf flugzeuggestützten Missionen in der nördlichen und südlichen Hemisphäre seit 2006, um den langfristigen Einfluss von Feuerwolken auf die untere Stratosphäre abzuschätzen. Sie zeigte, dass selbst in Jahren mit nur wenigen "feuerspeienden Wolkendrachen" der Einfluss des Rauchs sehr bedeutend war.

Die Fachleute plädieren dafür, große Feuerwolken-Ereignisse in Atmosphärenmodellen abzubilden, "um sowohl die jährlichen stratosphärischen Schwankungen auf dieser Ebene als auch die kurzfristigen größeren Strahlungsauswirkungen zu erfassen". Denn das Wolkenphänomen "trägt mehr zur Zusammensetzung der Stratosphäre bei, als wir dachten, wirkt auf andere Weise, als wir dachten, und bleibt länger bestehen, als wir dachten", betonen die Wissenschafterinnen und Wissenschafter.

Gerade mit Blick auf die Klimakrise sei ein besseres Verständnis wichtig, zumal Waldbrände größer, öfter und in größerer geografischer Verteilung vorkommen werden. Noch massiver dürften die Folgen australischer Waldbrände in den Jahren 2019 und 2020 gewesen sein: Damals sei es zu einem Feuerwolken-"Superausbruch" gekommen, der dreimal mehr Rauch in die Stratosphäre geblasen hat als das "Pacific Northwest Event".

Einschätzen von Geoengineering

Nicht zuletzt können weitere Untersuchungen der Pyrocumulonimbus-Wolken bei der Einschätzung von Geoengineering helfen. Um den Klimawandel einzudämmen, der durch menschliche und industrielle Einflüsse in rasantem und bedrohlichem Tempo die Erde erhitzt, wird der Einsatz von Aerosolen in höheren Atmosphärenschichten in Betracht gezogen.

In den USA beginnt die bislang größte Forschungskampagne zu künstlicher Klimakühlung. Auch über den Einsatz von Staub im Weltraum wird nachgedacht. Bevor solche Unterfangen in Betracht gezogen werden, sollten die Folgen jedoch gut verstanden und eingeschätzt werden können. (sic, APA, 26.2.2023)