Island spielt eine Schlüsselrolle: Mit seinen vulkanischen Sedimenten, schmelzenden Gletschern und starken Winden ist das Land eine der größten Staubquellen in der Arktis. Der freigesetzte Staub beeinträchtigt die Luftqualität, das Schmelzen von Eisflächen und sogar das globale Klima. Um diese Prozesse besser zu verstehen, wurde das Iceand Dust Project als Teil der internationalen FRAGMENT-Initiative (doi: 10.3030/773051) ins Leben gerufen. Es war auch Teil des HiLDA-Projekts (https://gepris.dfg.de/gepris/ projekt/417012665).

Dyngjusandur – Islands Staub-Hotspot

Im Jahr 2021 fanden Feldkampagnen in der Region Dyngjusandur im Norden Islands statt, einem der aktivsten Staub-Hotspots Europas. Hier transportieren Schmelzwasserflüsse aus dem Vatnajökull-Gletscher große Mengen an Sedimenten, die nach dem Trocknen durch starke Winde aufgewirbelt werden. Ziel des Projekts war es, die Eigenschaften dieser Staubquellen genau zu charakterisieren: von der Partikelgrößenverteilung und Mineralogie bis hin zur Rolle des Staubs bei der Veränderung der Albedo von Eis- und Schneeoberflächen. Das Projekt wurde vom Barcelona Supercomputing Center (BSC) initiiert und gemeinsam mit dem Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-TRO) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordiniert.

Fortschrittliche Messtechnik im Einsatz

Während der Kampagne kam eine Reihe von Methoden und Instrumenten zum Einsatz. Palas-Geräte spielten dabei eine wichtige Rolle: Fidas® 200S lieferte hochauflösende Echtzeitdaten zur Partikelgrößenverteilung und PM-Konzentrationen (PM1, PM2,5, PM10) bis in den Submikrometerbereich. Als EN 16450-zertifiziertes Referenzinstrument wird das Fidas® 200S weltweit in offiziellen Messnetzen eingesetzt und liefert validierte, normgerechte Daten. Zusätzlich wurden drei Promo® 2000 mit dem Aerosolsensor welas® 2300 in drei verschiedenen Höhen installiert, um die Staubkonzentration in der Luft pro Größenklasse mit 1 Hz zu messen.

Auswirkungen auf Gletscher und Klima

Die Ergebnisse zeigen, dass die Staubemissionen in Island im Gegensatz zu denen in heißen Wüsten räumlich variabel sind. In der Region Dyngjusandur wurden bei mehreren Ereignissen Staubkonzentrationen von mehr als 10.000 μg/m³ PM10 gemessen. Die Partikel wiesen eine breite Größenverteilung auf, mit einem mittleren Massendurchmesser von etwa 12 μm für frisch ausgestoßene Staubwolken. Besonders bedeutend sind die Auswirkungen auf Gletscher: Der Staub setzt sich auf Eis- und Schneeoberflächen ab, verdunkelt diese und verringert ihre Albedo. Infolgedessen absorbieren die Oberflächen mehr Sonnenstrahlung, was das Abschmelzen des Eises beschleunigt und letztlich zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt. Über die Auswirkungen auf das Klima hinaus beeinflusst arktischer Staub auch die regionale Luftqualität und Infrastruktur. Ablagerungen auf Sonnenkollektoren und Sensoren in Island und Nordskandinavien können deren Leistung erheblich beeinträchtigen. Dank der präzisen Messungen des Projekts können diese Auswirkungen nun besser quantifiziert und in Wartungsstrategien integriert werden. Die gesammelten Datensätze fließen bereits in internationale Klimamodelle ein und verbessern die Vorhersagen zur Erwärmung der Arktis und zum globalen Strahlungshaushalt. Zukünftige Kampagnen zielen darauf ab, weitere Staubquellen in Island zu untersuchen, um ihren Beitrag zum Klimawandel und ihre Auswirkungen auf die Luftqualität genauer zu bestimmen.

Abbildung 1: Vergleich der ensemble-gemittelten Größenverteilungen der Staubkonzentration (a) und der Flüsse (b) in Anzahl zwischen verschiedenen Höhen über der Oberfläche für die Ereignisse vom 1. und 4. September in Island und vom 29. September in Jordanien. Die Ensemble-Mittelwerte wurden über alle 15-Minuten-Zeiträume während des Erosionsereignisses berechnet. ©Dupont, S., et. al.

Literatur

• González-Romero, A., González- Flórez, C., Panta, A., Yus-Díez, J., Córdoba, P., Alastuey, A., Moreno, N., Kandler, K., Klose, M., Clark, R. N., Ehlmann, B. L., Greenberger, R. N., Keebler, A. M., Brodrick, P., Green, R. O., Querol, X. und Pérez García-Pando, C.: Untersuchung der staubemittierenden Sedimente Islands: Partikelgrößenverteilung, Mineralogie, Kohäsion, Fe-Vorkommensmodus und Reflektionsspektrumsignaturen, Atmos. Chem. Phys., 24, 6883–6910, https://doi. org/10.5194/acp-24-6883-2024, 2024.
• Dupont, S., Klose, M., Irvine, M. R., González- Flórez, C., Alastuey, A., Bonnefond, J.-M., et al. (2024). Einfluss der Uneinheitlichkeit der Staubquellen auf das Vorhandensein einer konstanten Staubflussschicht während äolischer Erosionsereignisse. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129, e2023JD040657.