CARIBIC (Civil Aircraft for the Regular
Investigation of the atmosphere
Based on an Instrument Container) ist ein hochleistungsfähiges System für die Erforschung der Atmosphäre. Alle klimarelevanten Treibhausgase, eine Vielzahl reaktiver Spurengase sowie Aerosole etc. werden gemessen. Elf namhafte Forschungsinstitute aus sechs europäischen Ländern nehmen an dem Projekt teil.
LUFTHANSA hat einen ihrer neuen Langstreckenflugzeuge zur Verfügung gestellt, Typ AIRBUS A340-600. CARIBIC kann daher Daten aus entfernten Regionen gewinnen, z.B. zwischen Sao Paulo und Santiago. Bei monatlichen Flügen von Frankfurt aus werden somit viele Gebiete regelmäßig untersucht, die für die Atmosphärenwissenschaften wichtig sind.
Also, fliegen und messen!
Das Einlaßsystem für Luft und Aerosolteilchen ist ein Stück Hochtechnologie, welches wissenschaftliche und sicherheitstechnische Anforderungen zu erfüllen hat. Das System ermöglicht eine artefaktfreie Probenahme von Spurengasen und Aerosolteilchen, ist stabil und aerodynamisch optimiert. Der obere unlackierte Teil ist in die Flugzeughaut eingelassen.
Im Flugzeugrumpf werden die Luftproben in einem Rohrsystem zu den wissenschaftlichen Instrumenten geführt. Das System wurde in 12 Tagen installiert und in einem Testflug erprobt. Die Installation erfolgte während der Nachrüstung des Flugzeuges mit Internet (LH FlyNet) und drahtlosem LAN-System. Zusätzliche Liegezeit wegen CARIBIC wurde somit vermieden.
Bei einer Fluggeschwindigkeit von etwa 250 m/s ist die Probenahme von Aerosolteilchen technisch nicht trivial. Das Einlaßsystem besteht aus 3 separaten Teilen mit insgesamt 4 Einlaßleitungen. Drei zusätzlich eingebaute miniaturisierte Teleskope ermöglichen die spektrale Analyse des gestreuten Sonnenlichtes. Mit einer Videokamera werden die Wolken aufgenommen. Die eingesaugte Probenluft wird nach der Messung nach außen zurückgeführt.
Die wissenschaftlichen Geräte sind in einem 3,2 m breiten Frachtkontainer (1500kg) eingebaut. 15 Meßinstrumente, alle von einem Zentralrechner gesteuert, analysieren kontinuierlich Luft und die Aerosolteilchen. Zusätzlich werden 28 Luftproben pro Flug für eine detaillierte Analyse im Labor genommen. Die Instrumentierung des Containers erforderte mehrere Jahre der Forschung und Entwicklung. Jetzt ist der Kontainer zu einem "frequent flyer" geworden, der ein- bis zweimal pro Monat unterwegs ist.
Warum CARIBIC ?
Die Änderung der Zusammensetzung der Erdatmosphäre wirkt sich auf das Klima aus. Die Atmosphäre kann als ein großer und komplexer chemischer Reaktor betrachtet werden. Milliarden Tonnen von Teilchen und Gasen werden jährlich sowohl durch natürliche Prozesse als auch durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre eingetragen. Im Luftraum werden die eingetragenen Gase transportiert, vermischt und durch chemische Reaktionen verändert. Vielfach entstehen dabei neue Aerosolteilchen, die die Wolkenbildung beeinflussen und somit auch die Strahlungsbilanz der Erde. Glücklicherweise, angetrieben mit dem ultravioletten Teil der Sonnenstrahlung, reinigt sich die Atmosphäre selbst. Daraus resultiert ein sehr komplexes, dynamisches Gleichgewicht zwischen Belastung und Reinigung. Um all diese Prozesse zu verstehen, brauchen die Wissenschaftler detaillierte Beobachtungsdaten aus der ganzen Welt, von allen Jahreszeiten über Zeiträume von mehreren Jahren. CARIBIC ist ein einzigartiges System, das mit Hilfe eines Passagierflugzeuges genau diese Daten sammelt. Die Idee der Nutzung vom Passagierflugzeugen für komplexe Messungen ist naheliegend, ihre Realisierung ist aber erst mit CARIBIC Wirklichkeit geworden.
CARIBIC Wissenschaftliche Projektleitung :

Prof. Dr. Dr. hc. mult. Paul Crutzen, MPI Mainz - wissenschaftlicher Berater
Prof. Dr. Jos Lelieveld, MPI Mainz - Oxidationskapazität der Atmosphäre
Prof. Dr. Andreas Macke und Dr. Markus Hermann, TROPOS Leipzig - Aerosolverteilungen
Prof. Dr. Johannes Orphal und Dr. Andreas Zahn, IMK FZ Karlsruhe - Klimatologie von Wasser, Ozon und kurzlebigen Spurengasen
Prof. Dr. Markus Rapp, Dr. Hans Schlager, Dr. Helmut Ziereis, DLR Oberpfaffenhofen - Stickoxid-Kreislauf und Emissionen aus den Flugverkehr
Prof. Dr. Ulrich Platt, Dr. Lara Penth, University of Heidelberg - Optische Fernerkundung
Dr. David Oram, University of East Anglia, Norwich - Kreisläufe der halogenierten organischen Substanzen
Prof. Dr. Bengt Martinsson, University of Lund - Morphologie und Zusammensetzung der Aerosole
Prof. Dr. Markus Leuenberger, University of Bern - hochauflösende Sauerstoffmessungen
Dr. Ralf Ebinghaus, GKSS Geesthacht - Atmosphäricher Quecksilberkreislauf
Dr. Philippe Ciais, LSCE-CEA, Paris - CO2-Kreislauf
Dr. Peter van Velthoven, KNMI, the Netherlands - Meteorologie
Dr. Jonathan Williams, MPI Mainz - Kreisläufe der Treibhausgase und Kohlenwasserstoffe
Ingenieure der LUFTHANSA haben in enger Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern diese neue Platt, Dr. Lara Penthform für eine längerfristige detaillierte und großräumige Untersuchung der Erdatmosphäre geschaffen. Dank der hervorragenden Zusammenarbeit kann CARIBIC die Änderungen der Atmosphäre beschreiben.
Der erste CARIBIC-Meßflug fand im Dezember 2004 mit Umweltminister Trittin an Bord statt, der auf dem Wege zur Klimakonferenz in Buenos Aires war. Die Klimaänderung stellt eine große Herausforderung für die Menschheit dar, genauso wie das Verständnis der Atmosphäre, ihrer Chemie und Physik für die Wissenschaftler.
Unten wird beispielhaft gezeigt, woher die Luft kommt, die beim Flug von Frankfurt nach Buenos Aires analysiert wurde. Nach Verlassen von Europa trifft das CARIBIC-Flugzeug auf Luftmassen, die innerhalb von 5 Tagen vom Pazifik herantransportiert wurden. Über Spanien bewirkt ein Niederdrucksystem komplexe Durchmischung. Obwohl die Luft in 11 km im allgemeinen sauberer ist als an der Erdoberfläche, kann sie durch kontinentale Emissionen belastet werden. Die bodennahe Luft nimmt die Belastung auf und wird bei starker Konvektion schnell bis auf Flughöhen um ca. 11 km angehoben. In den Tropen legen die Luftmassen innerhalb von 5 Tagen kürzere Strecken zurück. Gelegentlich wird Luft durch Konvektion von der Ozeanoberfläche her angehoben (grün). Diese Luft wird durch Prozesse gereinigt, die durch intensive Sonnenstrahlung in Gang gesetzt werden. Es sind u.a. diese Prozesse, die wir untersuchen. Andererseits verursachen große Waldbrände eine persistente großräumige Belastung. Beim Anflug auf Buenos Aires sehen wir einen schwachen westlichen Jet. Mit Rot wird stratosphärische Luft indiziert. Durch solche Flüge gewinnt das CARIBIC-Team einen großen Datensatz über die Zusammensetzung der Luft.
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