Wie Luftschadstoffe das Treibhausgas Methan beeinflussen
„Die Atmosphäre ist ein sensibles chemisches Gleichgewichtssystem“
Eine internationale Forschungsgruppe unter Beteiligung des Institute of Climate and Energy Systems – Stratosphäre am Forschungszentrum Jülich hat in einer aktuellen Studie untersucht, wie sich Luftschadstoffe wie Kohlenmonoxid, Ozon oder Stickoxide auf den atmosphärischen Methanabbau auswirken. Das Ergebnis: Luftverschmutzung verändert die chemischen Reaktionen in der Atmosphäre und beeinflusst so maßgeblich, wie viel Methan dort verbleibt. Die Ergebnisse wurden nun im Fachjournal Nature veröffentlicht.
Methan gilt als eines der klimawirksamsten Treibhausgase. Es trägt nicht nur erheblich zur globalen Erwärmung bei, sondern beeinflusst auch die Entstehung anderer klimaschädlicher Substanzen wie Ozon und Wasserdampf – vor allem in der Stratosphäre. Doch wie viel Methan tatsächlich in der Atmosphäre verbleibt, hängt nicht nur von Emissionen ab – sondern auch davon, wie effizient es in der Luft abgebaut wird.
OH-Radikale – kleine Moleküle mit großer Wirkung
Im Zentrum des Methanabbaus steht das Hydroxyl-Radikal (OH) – eine hochreaktive Verbindung, die rund 90 Prozent des Methans in der Troposphäre neutralisiert. Wie viele dieser OH-Radikale in der Atmosphäre vorhanden sind, hängt wiederum stark von anderen Luftbestandteilen ab: So hemmen etwa Kohlenmonoxid (CO) und Methan selbst die Bildung von OH-Radikalen, während Ozon (O₃), Wasserdampf (H₂O) und Stickoxide (NOₓ) deren Konzentration steigern können.
„Die Atmosphäre ist ein sensibles chemisches Gleichgewichtssystem“, sagt Dr. Michaela Hegglin vom Institute of Climate and Energy Systems des Forschungszentrums Jülich, die an der Studie beteiligt war. „Schon kleine Schwankungen in der Zusammensetzung können große Auswirkungen auf die Lebensdauer von Methan haben.“
Luftqualität beeinflusst Methanbudget – auch kurzfristig
Für die Jahre 2005 bis 2021 berechneten die Forschenden mithilfe eines kombinierten Modell- und Beobachtungsansatzes, wie sich Änderungen einzelner Luftschadstoffe auf die Konzentration von OH-Radikalen auswirkten. Der Rückgang von CO-Emissionen – beispielsweise durch sauberere Verbrennungstechnologien – hat demnach den Methanabbau verstärkt. Gleichzeitig führte der Anstieg von Ozon- und Wasserdampfkonzentrationen ebenfalls zu mehr OH-Radikalen. In der Summe erhöhte sich die globale chemische Methansenke in diesem Zeitraum um 1,3 bis 2,0 Teragramm pro Jahr – was einer Anstiegsrate von 10 bis 20 Prozent entspricht.
Extreme Ereignisse wie großflächige Waldbrände oder die COVID-19-Pandemie sorgten jedoch für abrupte Rückgänge des OH-Niveaus – etwa durch den vorübergehenden Einbruch der Stickoxid-Emissionen und die daraus resultierende Verringerung des troposphärischen Ozons. In der Folge nahm auch der Methanabbau temporär ab und die Methankonzentrationen stiegen schneller an.
Klimaschutz und Luftreinhaltung zusammendenken
Die Studie zeigt, dass Luftschadstoffe nicht nur die Gesundheit und Ökosysteme beeinträchtigen, sondern auch die Treibhausgasbilanz der Atmosphäre maßgeblich mitsteuern. Die Forschenden sprechen daher von einem Zielkonflikt: Maßnahmen zur Luftreinhaltung – etwa die Reduktion von Ozonvorläuferstoffen – könnten unbeabsichtigt auch den Methanabbau schwächen.
Für effektiven Klimaschutz sollte laut der Forschenden die Wechselwirkungen zwischen Luftqualität und Methanhaushalt stärker berücksichtigt werden. Andernfalls drohten ungewollte Nebeneffekte.
Besonders in tropischen Regionen, wo Ozon- und Wasserdampfzunahmen stark zur OH-Bildung beitragen, spielt dieser Zusammenhang eine zentrale Rolle. Auch der Klimawandel selbst wirkt doppelt: Einerseits erhöht er die Wasserdampfkonzentration, was den Methanabbau fördert – andererseits steigen durch zunehmende Waldbrände die CO-Emissionen, die diesen Effekt wieder ausbremsen.
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