Erfolgreiche Flugzeugmessungen von Treibhausgasen über Brasilien und Bolivien

• Die Messkampagne „CoMet 3.0 Tropics“ wurde erfolgreich abgeschlossen. Das deutsche Forschungsflugzeug HALO führte 18 Forschungsflüge durch, von denen 14 von Cuiabá in Brasilien aus starteten; insgesamt wurden rund 150 Flugstunden absolviert.
• Das Ergebnis ist ein einzigartiger Datensatz, der Messungen von Treibhausgasen und zugehörigen Parametern umfasst. Dieser Datensatz wird in den kommenden Jahren von zahlreichen Forschern ausgewertet werden.
• Die Daten liefern Referenzwerte für die Validierung von Satellitenmissionen wie MERLIN, CO2M, Sentinel-5, GOSAT-2 und GOSAT-GW. Sie ermöglichen zudem die Unterscheidung zwischen natürlichen und anthropogenen Methanquellen und tragen so zur Entwicklung eines MRV-Systems (Monitoring, Reporting and Verification) für Treibhausgasemissionen bei.

Vom 25. Juli bis zum 6. September 2026 bestimmten die einzigartigen wissenschaftlichen Instrumente an Bord des deutschen Forschungsflugzeugs HALO die Methan- und Kohlendioxidkonzentrationen über südamerikanischen Feuchtgebieten. Die Flüge fanden über dem Amazonasgebiet und dem Pantanal (portugiesisch für „Feuchtgebiet“) sowie über der feuchten Savanne Cerrado statt. Zum ersten Mal flog HALO auch nach Bolivien, über die Feuchtgebiete der Llanos de Moxos.

CoMet 3.0 Tropics wurde gemeinsam vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena, dem  DLR-Institut für Atmosphärenphysik und der Universität Bremen als gleichberechtigte wissenschaftliche Partner in enger Zusammenarbeit mit dem brasilianischen Nationalen Institut für Weltraumforschung (INPE) geleitet. Die Universität Heidelberg und zahlreiche weitere deutsche und brasilianische Institutionen trugen zusätzliches Fachwissen und Messdaten bei. Rund 120 Forscher aus Deutschland und Brasilien nahmen an der Kampagne teil.

Christoph Gerbig, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biogeochemie und Projektleiter für die In-situ-Beobachtungen, ist nach wie vor begeistert von der Kampagne. „Die hervorragende Zusammenarbeit zwischen den beteiligten Institutionen hat diese Kampagne besonders erfolgreich gemacht. Die deutschen Teams haben eine Vielzahl wissenschaftlicher Ansätze und Anforderungen an die Flugrouten zusammengeführt – von unseren In-situ-Messungen bis hin zur Fernerkundung – und es geschafft, diese äußerst gut zu integrieren. Ebenso wichtig war die enge Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus vielen brasilianischen Institutionen, die bodengestützte Beobachtungen beigesteuert haben. Nachdem ich in mehr als 30 Jahren an zahlreichen Feldkampagnen teilgenommen habe, halte ich CoMet 3.0 Tropics für die beste Kampagne, die ich bisher erlebt habe.“

Höhepunkte der Kampagne

Während dreier Flüge über das Pantanal – eines der weltweit größten Binnenfeuchtgebiete, dessen Fläche etwa der Hälfte Deutschlands entspricht – wurde die zeitliche Entwicklung der Treibhausgasemissionen zu Beginn der Trockenzeit erfasst. Vier Flüge fanden über bolivianischem Gebiet statt – eine Premiere für HALO –, darunter zwei Flüge, bei denen außergewöhnlich hohe Methankonzentrationen über den Llanos de Moxos-Feuchtgebieten festgestellt wurden.

Aufgrund anhaltend hoher Bodenfeuchte gelangt kaum Sauerstoff in den Boden. Die Bodenmikroorganismen, die Pflanzenreste und organisches Bodenmaterial zersetzen, arbeiten daher unter anaeroben Bedingungen, was die Bildung des Treibhausgases Methan begünstigt. Dauerhaft hohe Temperaturen in tropischen Feuchtgebieten machen diese zu einer weltweit sehr bedeutenden Quelle natürlicher Methanemissionen, obwohl das Ausmaß des Stoffflusses noch nicht ausreichend quantifiziert ist.
Zudem wurden Überflüge über den 325 Meter hohen ATTO-Turm (Amazon Tall Tower Observatory) im Amazonas-Regenwald durchgeführt – ein deutsch-brasilianisches Projekt unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie und des brasilianischen INPA, bei dem seit 2015 kontinuierlich meteorologische, chemische und biologische Daten sowie Treibhausgaskonzentrationen gemessen werden – sowie über den nahegelegenen Balbina-Stausee.

Weitere Messungen wurden über dem Amazonas, seinem Deltagebiet und den Mamirauá-Feuchtgebieten durchgeführt. Auch hier wurden überraschend hohe Methankonzentrationen in der bodennahen Grenzschicht gemessen. Ergänzt wurde das Messprogramm durch Überflüge über unberührten Regenwald sowie durch das Durchfliegen mehrerer Rauchfahnen von Waldbränden. Waldbrände sind ebenfalls eine bedeutende Quelle von Treibhausgasen in der Atmosphäre.

Referenzdaten für Satellitenmissionen und Klimamodelle

Ein zentrales Ziel der Kampagne war es, bestehende Satellitenmissionen zu validieren und Vorbereitungen für künftige Missionen zur Überwachung von Treibhausgasen zu treffen. Dazu gehören die deutsch-französische Klimamission MERLIN, die Copernicus-Sentinel-Erweiterungsmission CO2M, Sentinel-5 sowie unter anderem die japanischen Treibhausgassatelliten GOSAT-2 und GOSAT-GW. Luftgestützte Messungen liefern hierfür Referenzdaten mit hoher räumlicher Auflösung, insbesondere in den Tropen, wo bodengestützte und satellitengestützte Beobachtungen aufgrund schwer zugänglichen Geländes und starker Bewölkung nur eingeschränkt möglich sind. Gleichzeitig zielt die Kampagne darauf ab, Methanemissionen aus natürlichen Quellen (wie tropischen Feuchtgebieten) von denen aus anthropogenen Quellen (wie Landwirtschaft, Abfallwirtschaft, Energieerzeugung und Waldbränden) zu unterscheiden und die Unsicherheit bei globalen Methanschätzungen zu verringern. Die Daten werden mithilfe regionaler Inversmodelle sowie klimachemischer Modelle analysiert und werden letztlich zur Berichterstattung (MRV) im Rahmen der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen beitragen.

Teilnehmer der Mission aus unserem Institut

Die folgenden Mitglieder des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie (MPI-BGC) nahmen an der Flugkampagne teil, entweder mit zeitlicher Überschneidung oder abwechselnd:
Christoph Gerbig, Gruppenleiter am MPI-BGC, war der leitende Forscher für die In-situ-Beobachtungen, darunter ein kontinuierliches Laserspektroskopiesystem für CO₂, CH₄ und CO sowie ein Flaschenprobenahmesystem für die Laboranalyse weiterer Spezies, einschließlich Isotope.
Michał Gałkowski war für die Flugplanung hinsichtlich der In-situ-Beobachtungen und des Instrumentenbetriebs verantwortlich.
Santiago Botía, Gruppenleiter am MPI-BG, unterstützte die internationale Zusammenarbeit und war ebenfalls an der Flugplanung und dem Instrumentenbetrieb beteiligt. Er koordinierte die Zusammenarbeit mit den Bodenteams.
Der Doktorand Nicolò De Santis war am Betrieb der Instrumente und an der Unterstützung der Flugplanung beteiligt.
Als erfahrener Techniker überwachte Reimo Leppert die Instrumente und kümmerte sich um deren Wartung, um deren zuverlässige Funktion sicherzustellen.

Zusammenarbeit

CoMet 3.0 Tropics ist Teil der wissenschaftlichen Zusammenarbeit zwischen Deutschland und Brasilien. Auf deutscher Seite waren das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre, das Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena sowie die Universitäten Bremen, Heidelberg und München (LMU und TUM) beteiligt. Zu den brasilianischen Partnern zählen unter anderem das INPE, das Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), die Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), die Universidade do Estado de Mato Grosso (UNEMAT), das Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) sowie mehrere Forschungsinstitute der Universität São Paulo (USP). Zu den weiteren Partnern aus Südamerika gehörten die  Universidad Mayor de San Andrés (Bolivien) und die GAW-Station Chacaltaya. Im Rahmen des von der ESA finanzierten BRACCIOLE-Projekts (Brazilian CO₂ and CH₄ and N₂O Large-Scale Experiment) fand zudem eine internationale Zusammenarbeit mit der ESA statt, die im Rahmen von CoMet 3.0 Tropics eng mit dem komplementären ESA-Projekt CarbonARA zusammenarbeitet. Für BRACCIOLE wurden die Messflüge in Verbindung mit den Bodenstationen ATTO und Santarém genutzt, um zusätzlich Lachgas (N₂O) und Emissionen aus Waldbränden zu erfassen und die Daten mit Satellitenmissionen wie Copernicus Sentinel-5P, Sentinel-5 und den japanischen GOSAT-Missionen abzugleichen.

CoMet 3.0 Tropics wurde von der ESA, dem DLR und der Max-Planck-Gesellschaft finanziert.