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Das Innenleben von Quarzpartikeln in der Atmosphäre gibt Auskunft über globale Luftströmungen

Die Aufnahme vom 23. Juni 2014 zeigt ein langes Band aus Saharastaub, das sich von Dakar in Afrika aus auf dem Weg nach Amazonien gemacht hat. Eine Woche später beeinflusste es die Luftqualität sogar im Südosten der USA. Foto: Nasa

Japanische Wissenschaftler fanden einen Weg, Staub aus der Wüste Gobi vom dem aus der Taklimakan sogar noch nach dem Weg über den Pazifik zu unterscheiden

Atmosphärenstaub aus Asien reist mit dem Luftströmungen über den Pazifik – wenn er an Land niedergeht, baut er dort neue Böden auf, genauso kann er Umweltbelastungen mit sich tragen und schließlich ist er der Grund für malerische Sonnenuntergänge am Horizont. Die Transportwege der weltweiten Staubfrachten zu verstehen ist wichtig, um den Luftströmungen auf die Spur zu kommen oder die Zusammenhänge im Klimageschehen besser zu begreifen. Nun hat ein Team von japanischen Wissenschaftlern einen Weg gefunden, die Herkunft von mikroskopischen Quarzkörnern zu klären.

Eine Quelle für Atmosphärenstaub ist zum Beispiel auch die Sahara, deren Staubfrachten ein wichtiger Dünger für die tropischen Regenwälder in Brasilien oder in der Karibik sind.

Die Forscher um Kana Nagashima vom japanischen Research and Development Center for Global Change bedienten sich der Kathodenlumineszenz, um zwischen Quarzkörnern aus der Wüste Gobi und der Taklimakan, beide nördlich des Himalaya, zu unterscheiden. Dabei wurden die Körner mit einem Elektronenstrahl beschossen, worauf sie den Wissenschaftlern ihre Bestandteile und kleine Verunreinigungen offenlegten.

„Diese Auskünfte lassen sich im Bezug auf die geologischen Bedingungen bei der Entstehung der Körner interpretieren, was Rückschlüsse auf ihre Herkunft ermöglicht“, so Kana Nagashima, die das Forschungsprojekt geleitet hat.

Wie die Untersuchungen zeigten, beinhalten die Körner aus der Wüste Gobi einen höheren Anteil an vulkanischen Stoffen als die aus der Taklimakan. Das entsprach den Charakteristika, wie man sie von Staubfrachten kennt, die über den Pazifik geblasen werden. Fundstellen waren Flussbetten oder Sanddünen mit Körnern von 5 bis 16 Mikrometern Größe.

Frühere Studien hatten sich auf Isotopenanalysen nach Strontium und Nerodym konzentriert. „Unser Fokus auf die heterogene Zusammensetzung der Körner ist aussagekräftiger“, so Kana Nagashima.

Es besteht die Hoffnung, dass man in Zukunft mit nur einigen 10 Staubteilchen große Erkenntnisse über die globalen Luftströmungen bekommen kann.

Jährlich werden etwa 1,8 Milliarden Tonnen Staub in die Atmosphäre hochgewirbelt. Sie reisen manchmal Tausende von Kilometern, bevor sie wieder auf den Erdboden fallen. Geschätzt wird, dass etwa die Hälfte der Menge aus der Sahara stammt. Vulkaneruptionen sind eine andere Quelle.

Die Partikel haben eine Größe von 01, – 10 µm (Tausendstel Millimeter) und spielen eine wichtige Rolle für das globale Klima: einerseits dienen sie als Kondensationskerne der Entstehung von Wolken, die sich zu Hurrikans auswachsen können, andererseits brechen sie die Sonneneinstrahlung und können sie von der Erdoberfläche abhalten.

Composition of Asian dust from cathodoluminescence spectral analysis of single quartz grains“, Kana Nagashima, Research and Development Center for Global Change, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, 2-15 Natsushima-cho, Yokosuka 237-0061, Japan; Hirotsugu Nishido, Masahiro Kayama, Yasunori Kurosaki, Syuhei Ohgo, and Hitoshi Hasegawa. Geology, August 2017, https://doi.org/10.1130/G39237.1

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(07.09.2017)