Dunst und Staub

Mobilisation: In der Sahara kommen oft große Sandstürme vor. Finden diese in bestimmten, sog. Quellregionen statt, so kann durch "soil creep" (Bodenbewegung) und "saltation" (Sprungbewegung) in der direkt über dem Boden befindlichen atmosphärischen Grenzschicht Aerosol mobilisiert werden. Beim "soil creep" rollen größere Sandkörner windgetrieben über den Wüstenboden. Wird der Wind stark genug können einzelne Körner dieses "soil creeps" in die Luft abheben und ein Stück weit fliegen. In einer sprungartigen Bewegung prallen diese großen und damit schweren Körner wieder auf den Boden. Beim Aufprall zerschlagen sie Agglomerate aus anderen Sandkörnern und feinsten Partikeln. Bei starken Sandstürmen entwickelt sich so oft eine meterhohe Schicht aus turbulent wirbelnden und saltierenden Sandkörnern, so dass dieser Bodenbewegungs- und Saltationsvorgang wie ein Sandstrahlgebläse erheblicher Erosionskraft wirkt. Die wirbelnden Sandkörner sind zu groß, um über weite Strecken, oder in große Höhen getragen zu werden. Aber durch das Aufbrechen der Agglomerate aus Sandkörnern und feinsten Partikeln in diesem Sandstrahlgebläse werden Aerosolpartikel freigesetzt (d.h. "mobilisiert"), die Größen unterhalb einiger Mikrometer bis in den Submikronbereich haben.
Damit sind deren Sedimentations-geschwindigkeiten genügend klein, dass die Partikel in den sog. "long range transport" (Ferntransport) eingehen zu können.

"Long range transport": Die kleinen und leichten Partikel des mobiliserten Wüstenstaubaerosols werden innerhalb der atmosphärischen Grenzschicht durch die Turbulenz in Höhen über einem Kilometer getragen und können dann durch die stetigen Winde viele tausend Kilometer weit transportiert werden. Oft reisen sie sogar über den Atlantik bis in die Karibik, wo sie auf den Inseln nachweisbar sind. Das Bild Europa.jpg zeigt ein Ferntransport-Ereignis aus dem Jahr 2001, bei dem das Aerosol bis in den Norden Europas verfrachtet wurde. Deutlich erkennbar ist die Trübung der Atmosphäre über ganz Frankreich, sowie nordöstlich davon und dem Ärmelkanal. Häufig überqueren die Aerosolpartikel auch die Alpen. Dort kann der luftgetragene Staub dann als gelber, feiner, trockener Niederschlag niedergehen. Oder die Partikel werden durch Regenereignisse wieder aus der Atmosphäre ausgewaschen. Es hat im Sommer 2003 einen Fall von Ferntransport gegeben, bei dessen Ende sich Aerosol aus der chinesischen Taklamatan im Schnee der Alpen niederschlug. Dies impliziert einen Transportweg von 20 000 km, bei dem der Pazifik, Nordamerika und der Atlantik innerhalb von etwa 14 Tagen überquert wurden.

Sahara1+2.jpg: Auf diesen Bildern erkennt man gegen die langsam herunterkommende Sonne eine deutlich ausgeprägte Schicht von Saharastaub über der Küste von Lanzarote.

Sturm3+4.jpg: Diese Bilder stammen von der Kamera an Bord des amerikanischen Seawifs - Satelliten. Die Aerosolpartikel waren von einem Sandsturm und der warmen Thermik über der Sahara bis in 4500 Meter Höhe gehoben worden. Die Partikelwolke breitete sich innerhalb weniger Tage bis über die Kanarischen Inseln hinaus zu den Azoren aus.

Mars-Staubsturm: In den Polarregionen des Mars kommen Staubstürme häufig im jeweiligen Frühling vor. Dann verdampfen gefrorenes Kohlendioxid und Wassereis von den Polkappen. Die Polarkappe der Mars-Nordhemisphäre ist auf diesem Foto des Mars Global Surveyor Satelliten der NASA erkennbar. Durch die Verdampfung entsteht auf Grund der vom Eis verbrauchten Sublimationswärme im Übergangsbereich von der Polkappe zum eisfreien Boden ein Temperaturgefälle. Solche Temperaturgradienten verursachen starke Winde, die den Staub nach den gleichen Mechanismen (also "soil creep" und "saltation") wie auf der Erde mobilisieren. Das obere Bild, das einen Staubsturm in der Nähe des Mars-Nordpols zeigt, wurde am 29. August vom Mars Global Surveyor aufgenommen. Die Dynamik der Ausbreitung des Wüstenstaubs auf dem Mars folgt den gleichen Gesetzmäßigkeiten, wie auf der Erde. Die Staubpartikel in der Marsatmosphäre bilden auch das Hintergrundaerosol, auf dem die Cirren, die unter Besondere Cirren zu sehen sind, durch heterogen Nukleation entstehen.

Wirkungen: Insgesamt werden global pro Jahr durch die Wüsten etwa 2 Milliarden Tonnen Staub freigesetzt. Schätzungsweise gehen 80% davon auf die Wüsten Gobi, Sahara und Taklamatan zurück. Die Wüstenstaubfahnen absorbieren kurzwellige Sonnenstrahlung und können je nach optischer Dicke zu Erwärmungen innerhalb der Staubschicht führen. Andererseits reflektieren sie auch Sonnenlicht in den Weltraum. Aufgrund dieser Verluste durch Absorption innerhalb der Schicht und Reflektion bekommt die darunterbefindliche Erdoberfläche weniger Sonnenstrahlung, so dass sich dort geringfügige, lokale und zeitlich begrenzte Abkühlungen ergeben können. Neuerdings wird auch vermutet, dass an der Oberfläche der Staubpartikel sogenannte heterogene chemische Reaktionen ablaufen, die Ozon abbauen können.

Weiterhin gilt als sicher, dass der sedimentierende Wüstenstaub auf die betroffenen Ökosysteme düngend wirkt, denn es werden so Mineralien (im wesentlichen Phosphate und Einsen) importiert.
So fallen Saharastaubereignis über dem Ostatlantik häufig mit Planktonblüten dort zusammen. Auch wird vermutet, dass sich der Stoffeintrag durch die Staubpartikel auf die afrikanischen Regenwälder positiv auswirkt. Dies soll sogar für Pflanzen im Amazonasbecken zutreffen, die Phosphate als Nährstoffe aus dem sedimentierenden Saub der Sahara entnehmen könnten. Starke Staubniederschläge können allerdings auch die Korallen der Karibik belasten und zu Wachstumshemmungen führen. Durch Saharastaubdüngung entstehende Planktonblüten können auch zu Algenwachstum führen, die wiederum die Korallen am Wachstum hindern. Die eisenhaltigen Böden auf manchen westindischen Inseln haben sich durch Akkumulation von Saharastaub über lange Zeiträume hinweg gebildet. Insgesamt ist das Phänomen des von der Atmosphäre getragenen Wüstenstaubs also mit vielfältigen physiklaischen,chemischen und biologischen Mechanismen verbunden.

Sahara1+2.jpg: S. Borrmann, Flug von Lanzarote nach Frankfurt, ca. 19:00 Uhr, 7. Oktober 2003

Sturm3.jpg, Sturm4.jpg: Aufnahmen vom 28. Februar 2000 und 26. Februar 2000 eines Saharastaubausbruchs über Nordwestafrika; Seawifs-Project an Bord des Seastar Satelliten der NASA, Copyright: NASA Goddard Space Flight Center und ORBIMAGE.

Europa.jpg: Aufnahme vom 30. Oktober 2001 eines Saharastaubferntransports nach Europa; Seawifs-Project an Bord des Seastar Satelliten der NASA, Copyright: NASA Goddard Space Flight Center und ORBIMAGE.

Mars.jpg: Global-Surveyor Satellit, Nordpolarregion des Planeten Mars am 29. Oktober 2002 (Copyright: NASA)