Atmosphärenforschung Messdaten von Deutschlands höchstgelegener Umweltforschungsstation

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Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

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Vom Gipfel der Zugspitze bis in die Höhen der Atmosphäre: Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) betreibt im Schneefernerhaus hochpräzise Klimaforschung. Ob Rußpartikel, Moleküle in der Mesopause oder kosmische Neutronenstrahlung - die Experimente liefern wichtige Daten für den Klimaschutz und zeigen, wie Messtechnik zur Lösung globaler Umweltprobleme beiträgt.

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) betreibt hochpräzise Klimaforschung im Schneefernerhaus auf der Zugspitze. Ob Rußpartikel, Moleküle in der Mesopause oder kosmische Neutronenstrahlung – die Experimente liefern wichtige Daten für den Klimaschutz und zeigen, wie Messtechnik zur Bewältigung globaler Umweltprobleme beiträgt. In einer Höhe von 2.650 Metern befindet sich Deutschlands höchstgelegene Umweltforschungsstation. Es ist vor rund hundert Jahren zunächst als Hotel gebaut worden und seit 1999 Deutschlands höchstgelegene Umweltmessstation. Sie bietet dem PTB außergewöhnliche Bedingungen für präzise Messungen.

Ebenso wie gerade auf der Klimakonferenz in Baku die Vertreter aus aller Welt nach Lösungen gesucht haben, die nicht vor Grenzen Halt machen, so wird auch oben auf der Zugspitze klar, wie weitreichend alle Umwelt- und Klimafragen sind. Auf dem Schneefernerhaus misst die PTB die Folgen unserer Nutzung fossiler Brennstoffe: feinste Rußpartikel, die bei der Verbrennung entstehen. „Solche Kohlenstoff-Nanopartikel können Sonnenstrahlung absorbieren und geben Wärme wieder ab; sie heizen also die Atmosphäre auf“, erklärt PTB-Wissenschaftler Jorge Saturno. Er untersucht auf der Zugspitze, wie gut Messgeräte diese Kohlenstoff-Aerosole messen. Die hohe Messgenauigkeit der PTB-Geräte ist besonders gut geeignet, um die relativ kleinen Konzentrationen hier oben exakt zu messen.

Die Dynamik in der Atmosphäre im Blick

Das weiteres PTB-Team ist an diesem Arbeitsplatz in den Wolken ein bisschen näher am Objekt ihrer Forschung: der Mesopause, einer Atmosphärenschicht in etwa 87 km Höhe. „Der Klimawandel umfasst neben Veränderungen der unteren Atmosphäre, wie beispielsweise der Zunahme extremer Wetterereignisse, auch Veränderungen der Dynamik in der oberen Atmosphäre“, erklärt Oliver Wroblowski.

„Die Beobachtung des jährlichen Temperaturzyklus in der Mesopause erlaubt daher eine frühzeitige Erkennung von Klimatrends mit guter statistischer Signifikanz“. Er misst mit einem Spektrometer hochgenau die Infrarot-Emissionen von angeregten OH-Molekülen in der Mesopause. Mit dieser präzisen Referenz kann die Temperatur in dieser Höhe bestimmt werden.

Das Energiespektrum natürlicher Neutronenstrahlung

Das anderes PTB-Team misst, wie groß der Neutronenanteil an der natürlichen kosmischen Strahlung ist. Dafür nutzen sie einen Satz sogenannter Bonnerkugeln, ein Messinstrument zur Bestimmung des Energiespektrums von Neutronen. In der „Kugelalm“, einem kleinen Messhäuschen, kann das Team Neutronen über einen enorm breiten Energiebereich nachweisen. „Das Gerät misst auch die hochenergetischen Neutronen, die in der oberen Atmosphäre entstehen. Wir bekommen also die Information über das gesamte Neutronenspektrum vor Ort. Die Intensität der kosmischen Strahlung nimmt mit der Höhe zu. Das Schneefernerhaus ist also ein perfekter Ort für solche Messungen“, erklärt PTB-Physiker Miroslav Zboril.

Die Kenntnis der Intensität sowie der Energie der Neutronenstrahlung in der Umwelt ist beispielsweise für ein neues Bodenfeuchte-Messverfahren notwendig: Es ermittelt mit natürlichen Neutronen, wie viel Wasser im Boden vorhanden ist. Die Bodenfeuchte ist in Zeiten immer häufigerer Dürreperioden auf der einen und einer intensiven Agrarwirtschaft auf der anderen Seite von steigender Bedeutung. Zu wenig Wasser heißt schlicht: Pflanzen wachsen nicht. Der Wasseranteil im Boden liefert aber auch Informationen über Bodenfruchtbarkeit und die Verfügbarkeit von Nährstoffen.

„Alle drei Projekte betreffen wichtige Zukunftsfragen zu unserem Klima“, erklärt Olav Werhahn, Geschäftsführer des Innovationsclusters Umwelt und Klima in der PTB. „Daher freuen wir uns über die Möglichkeit, im Schneefernerhaus Spitzenforschung der Messtechnik durchführen zu können. Wir danken daher der Betreibergesellschaft, dem Deutschen Wetterdienst und der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt für diese einzigartige Möglichkeit.“ (heh)

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