Aus welchen Feuern sie entstehen oder ob sie - wie viele Forschende vermuten - angesichts des Klimawandels häufiger auftreten, ist noch nicht geklärt. Im Rahmen der NASA-Mission "INSPYRE" dreht derzeit ein internationales Team ausgehend von Broomfield im US-Bundesstaat Colorado Flugrunden, um Daten zu sammeln. Mit dabei ist die Physikerin Bernadett Weinzierl.

Im Zuge der aktuellen massiven Brände in Frankreich wurde kürzlich auch in Europa eine solch glühend heiße Wolke gesichtet. Die US-Raumfahrtagentur NASA erforscht Pyrocumulonimbus(PyroCb)-Wolken, auch "Feuerwolken" oder "Feuergewitter" genannt, die im Zusammenhang mit Waldbränden auftreten können. Sie entstehen, wenn Wasserdampf in den heißen Aufwinden großer Brände kondensiert. "Wie ein Kamin bringen sie Partikel rasch von Bodennähe auf Höhen von zehn bis fünfzehn Kilometer, also in die Stratosphäre, wo sich diese dann global ausbreiten", erläuterte Weinzierl, Professorin der Universität Wien, den Vorgang gegenüber der APA. Wie viel Rauch PyroCb in die Stratosphäre eintragen, ist dabei eine ebenso offene Frage. In der Folge von Feuerwolken kann es zu Blitzeinschlägen, starken Windböen und Feuertornados kommen, zeigten die Beobachtungen etwa aus den USA.

Die NASA wird über den Sommer Messflüge im westlichen Teil der USA und in Kanada unternehmen. Man wolle die der Bildung von Feuerwolken zugrunde liegenden Prozesse, den Einfluss der Waldbrandpartikel auf die Eigenschaften von Wolken und auch die Auswirkungen des Rauchs bzw. des vermehrten Partikeltransports auf die Troposphäre und untere Stratosphäre besser verstehen, hieß es. Dichte Rauchwolken können die Höhe von Reiseflugzeugen erreichen.

"Am Dienstag war in der New York Times das Wort des Tages 'Pyrocumulonimbus'", verweist die Aerosol-Forscherin auf die Aktualität des Themas. Im Zuge von INSPYRE (INjected Smoke and Pyrocumulonimbus Experiment) kommen zwei Flugzeuge zum Einsatz: eines mit sogenannten In-situ-Messgeräten, das direkt über den Waldbränden misst, sowie eines mit Fernerkundungs-Messgeräten wie z.B. Radarsystemen, das die Brände aus großer Höhe untersucht. Jenes, bei dem Weinzierl und ihr Team mitfliegen, konzentriere sich auf die In-situ-Messung der Aerosol- und Wolkenpartikel. Mit Lasern werden etwa Form und Größe der Partikel erhoben. "Wir schauen uns eher die großen Teilchen an - also jene, die größer als zwei Mikrometer sind." Zum Vergleich: Ein Haar hat einen Durchmesser bis zu 100 Mikrometer.

"Wir konnten im Zuge von Untersuchungen bereits zeigen, dass Waldbrände sehr große, bis zu mehrere Millimeter große Teilchen produzieren, die dann in der Atmosphäre herumschwirren." Die Fragen, die sich den Forschenden stellen, sind: Wie weit werden diese großen Partikel transportiert? Wie verändern sie die Eigenschaften von Wolken? Wie beeinflussen sie die globale Strahlungsbilanz?

Sind Aerosolpartikel in nur wenigen Stunden dann auch in der Stratosphäre angekommen, können sie dort lange verweilen. Zum Vergleich: Vulkanische, in die Stratosphäre transportierte Partikel verbleiben dort, je nach Menge, durchaus auch jahrelang.

Im Jahr 2023 zeigte ein Forschungsteam, an dem auch Weinzierl und österreichische Kollegen beteiligt waren, in einer Fachpublikation (DOI: 10.1126/science.add3101): Die von Feuerwolken emporgeschleuderten Partikel machen zwischen zehn und 25 Prozent der Rußpartikel und organischen Aerosole in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre aus. Eine andere Studie aus dem Jahr 2014 (DOI: 10.5194/acp-14-6111-2014), bei der man eigentlich nur Flugzeug-Abgase messen wollte, zeigte: "Laut unseren Schätzungen hat das Pagami-Creek-PyroCb-Ereignis im US-Bundesstaat Minnesota (aus dem Jahr 2011, Anm.) etwa so viel Ruß in die obere Troposphäre über Europa transportiert, wie der weltweite Luftverkehr an einem Tag emittiert. Der Transport der Teilchen von Amerika zu uns dauerte dabei etwa drei bis vier Tage. Es handelt sich also um ein Phänomen mit globaler Wirkung."

Man fliege nun mit den Flugzeugen durch die verschiedenen Wolkenformen über aktuellen Waldbränden hindurch. Die Messflüge werden bis Mitte September fortgesetzt. "Bis man die aktuellen Daten für ein besseres Prozessverständnis ausgewertet hat, dauert es dann natürlich noch etwas", so Weinzierl. Und ob die in Europa künftig vielleicht häufiger auftretenden Feuerwolken dann mit den PyroCb-Wolken aus Nordamerika bei Entstehung und Dynamik vergleichbar sind, bleibt auch noch abzuwarten.