Das Beobachten von Spurengasen, Aerosolen und Wolken ist eine wesentliche Grundlage dafür, den Klimawandel zu verstehen und Anpassungsstrategien zu entwickeln. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nutzen dazu unter anderem ein Observatorium auf der Zugspitze. Dieses hat nun (24./25. Juli 2023) eine neue Kuppel erhalten, mit der beispielsweise zwei Fernerkundungsverfahren gleichzeitig nutzen lassen. Das Observatorium bildet eine Einheit mit den ebenfalls vom KIT betriebenen Messstationen am Schneefernerhaus und in Garmisch-Partenkirchen. Als Teil der europäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS werden sie mit modernsten Geräten ausgestattet.
Das Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), der Campus Alpin des KIT, betreibt die drei Observatorien auf der Zugspitze (2964 Meter über dem Meeresspiegel, m ü. M.), im Schneefernerhaus (2650 m ü. M.) und in Garmisch-Partenkirchen (734 m ü. M.)
„Damit verfügen wir über einen der bestausgestatteten Atmosphärenbeobachtungsstandorte der Welt“, sagt der Atmosphärenphysiker Dr. Ralf Sussmann, der die Arbeitsgruppe „Atmosphärische Variabilität und Trends“ des IMK-IFU vor Ort leitet und mit seinem Team für die Observatorien verantwortlich ist.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler messen mit verschiedenen optischen Verfahren die Konzentration von Spurengasen, die Beschaffenheit von Wolken und Aerosolen bis zu einer Höhe von 70 Kilometern. Die Ergebnisse der Zugspitze-Messungen sind aufgrund der Höhenlage besonders repräsentativ für große geographische Bereiche, so etwa im Fall von Methan für die gesamte nördliche Hemisphäre.
Spurengase: Gesundheitsschädlich und klimaantreibend?
Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Erforschung von Spurengasen in der Atmosphäre. Mit solarer Infrarot-Absorptionsspektrometrie analysieren die Forschenden das breitbandige Spektrum des Sonnenlichts. Dabei werden die Konzentrationen von rund 30 verschiedenen Spurengasen sichtbar, dazu zählen Kohlenstoffdioxid und Methan, aber auch Stickstoffdioxid, Ammoniak, Ethan und Ozon.
„Beim Methan haben wir seit 2007 einen sprunghaften Anstieg beobachtet,“ sagt Sussmann, „das ist ein alarmierendes Ergebnis, da Methan extrem klimaantreibend ist. Einige Spurengase wie Stickstoffdioxid wirken außerdem gesundheitsschädlich, sie reizen die Augen, die Atemwege und die Lunge. In letzter Zeit gelangt immer mehr Ammoniak in die Atmosphäre. Das ist noch nicht erforscht, da erwarten wir spannende und wichtige Ergebnisse.“
Weltweites Netzwerk liefert Daten für die Klimaforschung
Die drei Observatorien des Campus Alpin des KIT in Garmisch-Partenkirchen sind Teil der europäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS (steht für: Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure). Das Netzwerk will an weltweit circa hundert Standorten qualitativ gleichwertige Messdaten sammeln und vergleichen.
Im Zuge dessen werden auf der Zugspitze und in Garmisch-Partenkirchen neue Sonnenphotometer aufgestellt, die über mindestens 20 Jahre hinweg Daten über Aerosole und Wolken erheben werden. Ergänzend werden neue Messgeräte mit Lidar-Verfahren installiert, die mit Laser die genaue Höhe von unterschiedlichen Partikeln messen. Ein Infrarotspektrometer in Garmisch trägt mit neuen Daten zu reaktiven Spurengasen zu ACTRIS bei.
Die Neuausstattung des höchstgelegenen Forschungslabors Deutschlands erforderte eine vollständige Sanierung im Innenbereich und der gesamten Dachfläche auf dem die Kuppel installiert wurde. Diese in dieser Höhe herausfordernden Arbeiten wurden in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung Planen und Bauen des KIT und der Unterstützung der Bayerische Zugspitzbahn (BZB) durchgeführt.
Ein erster Höhepunkt der Neuausstattung war der Tausch der Observatoriumskuppel auf der Zugspitze. Am 24. und 25. Juli 2023 wurde die alte Spaltkuppel aus dem Jahr 1994 durch eine neue ersetzt, die sich bis auf Hüfthöhe öffnen lässt und die es erlaubt, zwei Fernerkundungsverfahren gleichzeitig zu benutzen, ohne dass die Kuppel nachgeführt werden muss.