Schweizer Forschung untersucht, wie Emissionen des arktischen Schiffsverkehrs Wolken und Eis beeinflussen

Der Ausstoss eines Forschungsschiffs ermöglichte EPFL-Forschenden einen seltenen Einblick in die Schiffsverschmutzung in der Arktis. Professorin Julia Schmale und der Doktorand Benjamin Heutte verbrachten ein Jahr an Bord eines Schiffs im Arktischen Ozean. Ursprünglich wollten sie mehr über natürliche Aerosole herausfinden: wie sich diese winzigen Partikel bilden und verbreiten und wie sie Wolken und Klima beeinflussen.

Das Schiff erschwerte diesen Plan. Immer wieder wehte sein Ausstoss über die Messgeräte des Teams. Schmale und ihre Kolleginnen und Kollegen beschlossen, die Abgasfahne als Chance zu nutzen, und beschrieben den Versuchsaufbau als «wie ein kontrolliertes Experiment». Im Sommer ist die Luftverschmutzung in der Arktis nahezu inexistent, stellten die Forschenden fest. So liessen sich die Emissionen eines einzelnen Schiffs vor einem relativ sauberen Hintergrund untersuchen.

Ihre Arbeit erscheint zu einem Zeitpunkt, an dem Schiffe zunehmend Polarpassagen in Betracht ziehen. Die Nordwestpassage kann die Strecke zwischen Ostasien und Westeuropa um mehr als 10'000 Kilometer verkürzen. Während der Klimawandel das Meereis verändert und geopolitische Verwerfungen den Handel umlenken, gewinnt die Route kommerziell und strategisch an Bedeutung. Die Beobachtungen des EPFL-Teams bieten einen genauen Einblick in eine lokale Auswirkung dieses Verkehrs: das Zusammenspiel von Schiffspartikeln, Wolken und Eis.

Wolken können die Wärme nahe dem arktischen Eis entweder zurückhalten oder die Oberfläche abkühlen, je nach ihrer Zusammensetzung und Lage. Sie beeinflussen die Strahlungsbilanz, indem sie Sonnenlicht in den Himmel zurückreflektieren und einen Teil der von der Erde abgegebenen Infrarotstrahlung zurück zum Boden lenken.

Schmale erklärt, dass Wolken mit einem höheren Flüssigwassergehalt «wie eine Decke» wirken: Sie lenken mehr der von der Erde abgegebenen Infrarotstrahlung zurück zur Oberfläche. Das ist auch bei eisigen Bedingungen wichtig, denn Infrarotstrahlung transportiert Wärme. Wolken, die zu einem grösseren Teil aus Wassertröpfchen statt aus kleinen Eiskristallen bestehen, können daher beeinflussen, wie schnell das Eis schmilzt.

Die vorläufige Schätzung der Forschenden weist auf einen lokalen Effekt hin. Befindet sich eine Wolke über Eis, können durch Schiffe verursachte Schadstoffe, die sie in einem Radius von 100 Metern beeinflussen, zu rund 1 Millimeter zusätzlichem Eisschmelzen pro Tag führen. Über offenem Wasser ist der Zusammenhang anders: Dort wirkt die Wolke kühlend statt wärmend. Die Schätzung bezieht sich auf eine bestimmte Kombination aus Wolkenposition und Schadstoffbelastung. Sie bedeutet nicht, dass jedes vorbeifahrende Schiff in der ganzen Arktis dieselbe Schmelzrate verursacht.

Das schwindende Sommereis und der zunehmende Schiffsverkehr machen die Routen in der Arktis zugänglicher und umkämpfter. Laut dem deutschen Alfred-Wegener-Institut ist das Meereis im Sommer seit den 1990er-Jahren pro Jahrzehnt um 13 % zurückgegangen. Satellitendaten deuten darauf hin, dass die Arktis bereits 2030 ihren ersten eisfreien Sommer erleben könnte.

Laut dem Arktischen Rat ist der Schiffsverkehr in der Region innerhalb von 12 Jahren um 40 % gestiegen. Die Routen bleiben schwierig: Schiffe müssen sich weiterhin durch das Eis hindurchwinden. Doch die veränderten Bedingungen haben Passagen, die einst schwer zu befahren waren, für den globalen Transport zunehmend relevant gemacht. Die Nordwestpassage bietet zwischen Ostasien und Westeuropa eine mögliche Streckenersparnis von mehr als 10'000 Kilometern.

Regierungen haben auch mehr als nur kürzere Reisen im Blick. Die Arktis ist Teil von Chinas Neuer Seidenstrassen-Initiative, und Pekings Polarstrategie zielt darauf ab, das Land bis 2035 als «arktisnahen Staat» zu positionieren. Anastasios Leonburg, ehemaliger Kapitän und Berater für maritime Risiken bei Allianz Insurance, sagt: «China will zur führenden Nation in der Arktis werden.» Kommerzielle Chancen und strategischer Wettbewerb entwickeln sich parallel zu den Umweltveränderungen, die diese Routen zugänglicher machen.

Die Messungen der EPFL fügen dem viel grösseren Klimapuzzle ein Teil hinzu. Schmale und Heutte wollten natürliche Aerosole untersuchen. Der Ausstoss des Schiffs bot ihnen jedoch die Gelegenheit zu beobachten, wie Partikel eines einzelnen Schiffs mit Wolken in einer Region interagieren, in der die Luftverschmutzung im Sommer nahezu inexistent ist. Diese ungewöhnlichen Bedingungen halfen den Forschenden, eine bestimmte Abgasfahne zu untersuchen, statt sie von zahlreichen anderen Quellen abgrenzen zu müssen.

Die Erkenntnisse leisten weiterhin nur einen kleinen Beitrag zum Verständnis der Wolkenbildung und des Klimas. Die Schätzung der Forschenden zum zusätzlichen Eisschmelzen ist vorläufig und gilt für Wolken über Eis, die sich in einem begrenzten Radius um die durch Schiffe verursachte Verschmutzung befinden. Über Wasser kann die Wirkung der Wolken kühlend sein. Diese Unterschiede unterstreichen, weshalb Lage und Zusammensetzung der Wolken wichtig sind, wenn die Folgen arktischer Emissionen beurteilt werden.

Für die Schweiz ordnet die Arbeit die Forschung der EPFL in eine Debatte ein, die von Klimawissenschaft, Handel und Geopolitik geprägt ist. Während sich die Eisbedingungen verändern, könnten mehr Schiffe Polarouten nutzen wollen. Zugleich könnten die Emissionen dieses Verkehrs lokale Wolkenprozesse beeinflussen. Die Beobachtungen des Teams liefern einen konkreten Fall, auf dem Forschende aufbauen können, wenn sie untersuchen, wie der Schiffsverkehr in den Klimawandel der Arktis hineinspielt.