Kondensstreifen - Flugzeugspuren am Himmel mit Nebeneffekten!

Sie sind immer ein guter Indikator für feuchte Abschnitte in der
Atmosphäre: Kondensstreifen. Im Englischen nennt man sie contrails
(condensation trails). Ihr Name verrät eigentlich schon ziemlich viel
über ihre Eigenschaften und Entstehung. Ein Pfad der Kondenstation.
Es ist die (ehemalige) Spur eines Flugzeugs.

Kondensstreifen haben seit 2017 auch eine offizielle Bezeichnung: Cirrus Homogenitus. Also eine vom Menschen gemachte Eiswolke. Auch wenn Kondensstreifen vom Menschen gemacht sind, steckt dahinter Physik, die auch für die Entstehung natürlicher Cirrus-Wolken gültig ist.

Damit Eiswolken entstehen können, muss die Atmosphäre übersättigt sein, also genügend Wasserdampf enthalten. Nun gibt es zwei bekannte Prozesse die zur Bildung von Eiswolken führen. Homogenes Gefrieren und heterogenes Gefrieren. Ersterer Prozess involviert stark unterkühltes Wasser, also flüssiges Wasser weit unter dem Gefrierpunkt, allerdings wurde bisher kein Wasser unter -40°C gefunden, der Grenzwert bei dem spätestens homogenes Gefrieren einsetzt.

Obiges Video zeigt, wie unterkühltes Wasser durch Erschütterung zum Gefrierprozess angeregt wird. In der Atmosphäre geschieht dies spontan durch Temperatur- oder Dichtefluktuationen.

Heterogenes Gefrieren läuft über Aerosole in der Atmosphäre ab. Diese sorgen dafür, dass das Gefrieren bereits bei niedrigeren Temperaturen einsetzt. Als Eiskeime dienen hier zum Beispiel Mineralstaub, Bakterien oder Pilzsporen.

Auch die Triebwerke entscheiden über Entstehung

Bei Kondensstreifen spielen die Triebwerke eine entscheidende Rolle. Bei den Verbrennungsprozessen stoßen die Triebwerke neben kleinen Rußpartikeln auch Wasserdampf aus. Die kleinen Partikel dienen als Kondensationskeime und zusammen mit dem ausgestoßenem Wasser bilden sich Eiswolken, sofern genug Feuchtigkeit vorhanden ist.

Allerdings hängt es auch von der Umgebung in der Atmosphäre ab, wie persistent ein Kondensstreifen bleibt. Nicht immer ist die Umgebungsluft feucht genug, damit ein Kondensstreifen über längere Zeit bestehen bleibt. Bei wenig günstigen Bedingungen löst sich der Kondensstreifen relativ schnell wieder auf. Es kann auch sein, dass ein Flugzeug durch wechselnde Bedingungen fliegt und so der Kondensstreifen unterbrochen wirkt. Ist die Atmosphäre über längere Zeit feucht genug, bleibt auch der Kondensstreifen bestehen. Die entstandenen Eiswolken werden dann wie jede andere Wolke mit dem Wind verfrachtet.

Allerdings gibt es noch eine weitere Bedingung zur Entstehung von Kondensstreifen: die Effizienz der Triebwerke. Es gibt Belege, dass es Höhenbereiche gibt, in denen Triebwerke mit höherer Effizienz Kondensstreifen ausbilden, während dies bei Triebwerken mit geringerer Effizienz nicht geschieht. Höhere Effizienz führt also zu vermehrter Kondensstreifenbildung.

Gibt es Möglichkeiten, den erwärmenden Charakter zu minimieren?

Wie jede andere Wolke haben auch Kondensstreifen zwei miteinander konkurrierende Effekte auf das Klima. Auf der einen Seite können sie Sonnenlicht reflektieren und haben damit einen kühlenden Effekt auf das Klima. Auf der anderen Seite verringern sie die langwellige Ausstrahlung und haben damit einen wärmenden Effekt. Die Forschung sieht den Effekt der Erwärmung als größer an. Damit hat der Luftverkehr zusammen mit seinem Ausstoß von CO₂ einen erwärmenden Effekt auf das Klima. Die Besorgnis ist allerdings auch, dass trotz größerer Effizienz der Triebwerke durch die vermehrte Kondensstreifenbildung die Erwärmung weiter zunimmt.

Allerdings muss man hier etwas aufpassen. Die Erwärmung entsteht aus zwei Komponenten, dem ausgestoßenen CO₂ und den Kondensstreifen. CO₂ kumuliert sich in der Atmosphäre, während die Kondensstreifen nur kurzzeitig vorhanden sind. Selbst wenn man auf einen Schlag den Flugverkehr einstellen würde, würde das CO2 immer noch da sein. Allerdings würde es keine Erwärmung durch Kondensstreifen mehr geben, es wäre ein „sich etwas Zeit kaufen“.

Is contrail avoidance a low-cost way to eliminate one minor, yet substantial, driver of global warming?https://t.co/pYoUN1uM7Ehttps://t.co/0PnqJlCHxe@MarcEJStettler #climate https://t.co/ku6glZDr0n

— Ken Caldeira (@KenCaldeira) August 24, 2022

Da diese Variante eher unwahrscheinlich ist, wäre die alternativen Flugrouten so zu wählen, dass keine Kondensstreifen entstehen. Das gelingt mit Ausweichrouten entweder horizontal oder vertikal. Allerdings wären Routen, die dadurch den Treibstoffverbrauch enorm ansteigen lassen würden, eher kontraproduktiv. Am Ende muss es also ein Kompromiss zwischen Treibstoffverbrauch und Potenzial zur Kondensstreifenbildung sein, z.B. wärmere oder trockenere Regionen in der Atmosphäre.