Waldbrand-Aerosole in Europa: Ausbreitung, Klima und Gesundheit

„Bei Waldbränden entstehen große Mengen organischer Aerosole, Ruß und polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe. Sie können über große Entfernungen von vielen hundert Kilometern transportiert werden. Dabei nimmt ihre Konzentration in der Atmosphäre mit zunehmender Entfernung immer weiter ab.“

„Bei großen Bränden, starken Winden und einer großräumigen Luftströmung aus Südwesten können die Aerosole aus Frankreich und eventuell auch aus Spanien bis nach Zentraleuropa transportiert werden. Die CAMS-Prognose gibt einen guten Eindruck vom zu erwartenden Transport der Waldbrandaerosole. Die erreichbaren Transportdistanzen hängen stark von der Höhe ab, in die die Aerosole beim Brand gelangen. Die vorhergesagte Konzentration ist daher mit großen Unsicherheiten behaftet, da sowohl die Menge der Waldbrandaerosole als auch die Höhe, in der sie in die Atmosphäre gelangen, nur schwer zu bestimmen sind und zudem zeitlich stark variieren können.“

„Die Sonnenstrahlung wird im direkten Umfeld der Brände durch Rauch stark vermindert, das Sonnenlicht wird gestreut und teilweise absorbiert. Große Brände können die Bildung von Brandwolken, sogenannten Pyrocumulus oder Pyrocumulonimbus auslösen. Große Mengen von Brandaerosolen werden zusammen mit feuchter Luft sehr schnell viele Kilometer in die Höhe transportiert. Dabei können mitunter auch Gewitter entstehen.“

„Waldbrände stellen global eine große Quelle für CO₂-Emissionen dar. In einer Übersichtsarbeit werden die CO₂-Emissionen aus Wald- und Buschbränden im Zeitraum März 2024 bis Februar 2025 auf 8,0 Gigatonnen geschätzt [1]. Das entspricht etwa 20 Prozent der jährlichen menschengemachten CO₂-Emissionen aus fossilen Brennstoffen. Die EU hat hieran allerdings nur einen sehr geringen Anteil von weit unter einem Prozent, gemäß Copernicus European Forest Fire Information System.“

„Neben CO₂ werden auch das sehr potente Treibhausgas Methan (CH₄), Kohlenmonoxid (CO), organische Aerosole und Ruß (Black Carbon) emittiert. Ruß absorbiert solare Strahlung und trägt daher ebenfalls zur Erwärmung der Atmosphäre bei. Dieser Effekt kann jedoch durch die großen Mengen organischer Aerosole, die Sonnenlicht streuen und daher kühlend wirken, kompensiert werden. Kohlenmonoxid trägt durch chemische Umsetzungen indirekt zur Klimaerwärmung bei, da es die bodennahe Bildung des Treibhausgases Ozon fördert und die Lebensdauer von Methan verlängert.“

„Bei sehr extremen Bränden – deutlich größer als die derzeitigen in Europa – können Aerosolpartikel in die Stratosphäre eingetragen werden, in der sie über Monate bis Jahre verbleiben können und zur Abkühlung der Atmosphäre beitragen.“

„Aerosolpartikel haben negative Auswirkungen auf das Atemwegssystem, das Herzkreislaufsystem und sie können langfristig zu Krebs führen. Waldbrandrauch enthält Ruß und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, deren krebserregende Wirkung bekannt ist. Eine hohe Konzentration von Rauch in der Atemluft kann zu akuten Gesundheitsproblemen führen, die Konzentration der schädlichen Stoffe nimmt mit zunehmendem Abstand vom Brand aber sehr schnell ab.“

„Die Wirkung bei geringen Konzentrationen ist vor allem über längere Zeiträume relevant. Als besonders empfindlich gelten – wie bei anderen Luftschadstoffen auch – Menschen mit Vorerkrankungen der Atemwege und des Herz-Kreislaufsystems. Eine gleichzeitige Belastung des Körpers durch schlechte Luft und große Hitze erhöht das Risiko akuter Gesundheitsprobleme. Die für Deutschland vorhergesagten Konzentrationen von Waldbrandaerosolen aus Frankreich sind aber vergleichsweise gering.“

„Satelliten und Atmosphärenmodelle ermöglichen belastbare Aussagen zur großräumigen Ausbreitung von Waldbrandrauch, nicht jedoch zur lokalen, kleinräumigen Belastung am Boden.“

„Die Stärke von Satelliten liegt im großräumigen Monitoring und in der zeitlichen Abdeckung. Sie liefern vielfältige Randdaten für Feuerinformationssysteme sowie Luftqualitäts- und Klimamodelle, beispielsweise verbrannte Vegetation und Fläche, Strahlungsleistung des Feuers für Emissionsstärke und Eintragshöhe. Ihre Grenzen bestehen jedoch bei kleinen Bränden, dichter Bewölkung und der bodennahen Rauchschicht [2].“

„Die Höhenverteilung des Rauchs ist entscheidend für dessen Auswirkungen auf das Klima und die Luftqualität. Diese vertikale Struktur lässt sich nur durch die Kombination von bodengebundenen Lidar-Systemen, etwa im ACTRIS-Netzwerk, und aktiven Satellitenmissionen wie EarthCARE zuverlässig erfassen.“

„Mehrtägige Modellvorhersagen treffen die großräumige Rauchfahne meist gut, die lokale Belastung dagegen deutlich weniger präzise. Die größten Unsicherheiten von Rauchprognosen liegen in den Emissionen, der Eintragshöhe, lokalen Winden und spezifischen Eigenschaften der Rauchpartikel.“

„Für Deutschland sind kombinierte Beobachtungssysteme entscheidend, wobei sich Satelliten, Lidar, Bodenmessungen und Modelle ergänzen. Besonders Messnetze, wie das Luftqualitätsmessnetz des Umweltbundesamts und das europäische Messnetz ACTRIS zur Erforschung von Aerosolen (Feinstaub), Wolken und kurzlebiger Spurengase, liefern wichtige Informationen zur bodennahen Belastung.“

„Extreme Waldbrände mit Pyrocumulonimbus-Wolken stellen vor allem die Aerosol-Klimaforschung vor neue Herausforderungen. Sie können Rauchpartikel und Spurengase bis in die obere Troposphäre oder untere Stratosphäre transportieren, wo sie Strahlungsprozesse und die Bildung von Eiswolken beeinflussen können. Diese Prozesse sind noch unzureichend verstanden und werden in globalen Aerosol-Klimamodellen bislang nur eingeschränkt repräsentiert.“

„Alternativ können besonders dichte Rauchwolken auch durch das Aufheizen infolge von solarer Einstrahlung ‚von selbst‘ nach oben steigen, das sogenannte self-lofting, und so in die Stratosphäre gelangen [3]. Ist der Rauch einmal in der Stratosphäre, kann er die Ozonchemie beeinflussen und einen verstärkten Ozonabbau auslösen. So traten 2020 und 2021 zwei starke Ozonlöcher in Folge über der Antarktis in Verbindung mit erheblichen Mengen von Waldbrandrauch in der Stratosphäre auf [4].“

„Insbesondere der europäische Wettersatellit Meteosat in seiner neuesten dritten Generation zeigt eindrücklich sowohl die einzelnen Brandherde als auch die Ausbreitung der Waldbrandaerosole über Europa, letztere allerdings nur im reflektierten Sonnenlicht, also tagsüber. Dann aber mit 500 Meter räumlicher Auflösung und im Bedarfsfall alle 2,5 Minuten. Damit sind Ausbreitungswege sehr genau erfassbar und indirekt auch die gesundheitliche Wirkung. Auch kann man abschätzen, wie die Aerosole aufgrund der reflektierten Sonnenstrahlung und deren Einfluss auf Wolken im Energiehaushalt der Erde abkühlend wirken. Genauere Gesundheits- und Klimaabschätzungen liefert nur noch der polarumlaufende EarthCARE-Satellit mit seinen aktiven (Lidar, Radar) und passiven Sensoren. Aber aufgrund seiner Umlaufbahn und Abbildungsgeometrie benötigt er mehrere Wochen, um ganz Europa aus dem All abzutasten. Damit sind Studien zu Aerosol-Wolken-Klima-Prozessen möglich, aber keine kleinskaligen Ausbreitungsbeobachtungen.“

„Waldbrandemissionen können die Luftqualität signifikant verschlechtern und sind auch für Wetter und Klima relevant. Bei den Emissionen handelt es sich um komplexe Mischungen aus Gasen und Partikeln, deren Zusammensetzung von vielen Faktoren abhängt, beispielsweise Brennmaterial und Brandbedingungen. Gesundheitlich bedenkliche Komponenten enthält Waldbrandaerosol aber immer. Eine wichtige Rolle spielen dabei organische Schadstoffe. Denn Studien zeigen, dass diese ein hohes oxidatives Potenzial haben: Sie lösen im Körper Stressreaktionen aus, die von Entzündungen bis hin zu DNA-Schädigung gehen können [5]. Auch Ruß ist sehr relevant aufgrund seiner toxischen Wirkung sowie seinen Interaktionen mit Licht (Absorption/Streuung) und seinem Einfluss auf die Wolkenbildung [6].“

„Ein wichtiger Aspekt ist auch, wie Waldbrandaerosole sich nach der Emission verändern. Denn in unserer Atmosphäre findet neben dem Transport auch eine Vielzahl von chemischen Reaktionen und physikalischen Prozessen statt – die Emissionen ‚altern‘ sozusagen. Wie sich dabei die Toxizität und der Einfluss auf Wetter und Klima verändern, ist ein hochaktuelles Forschungsthema, bei dem noch viele Fragen offen sind und an dem wir am Leibniz Institut für Troposphärenforschung als Teil des Leibniz-WissenschaftsCampus BioSmoke forschen.“

„Waldbrandemissionen können signifikant zur Luftverschmutzung beitragen. Ein gesundheitlich bedenklicher Bestandteil der Emissionen ist Feinstaub (PM2.5), da diese Partikel klein genug sind, um tief in die Atemwege einzudringen. In epidemiologischen Studien zeigt Feinstaub-Exposition einen Zusammenhang zu Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen [7]. Diese negativen gesundheitlichen Auswirkungen, sowie eine erhöhte Mortalität wurden auch für Rauch-Exposition beobachtet [8]. Besonders gefährdet für negative Effekte sind Personen mit Vorerkrankungen, ungeborene Kinder und Säuglinge, Schwangere und ältere Menschen [8].“

„Neben verschiedenen gasförmigen Emissionen wie Kohlendioxid werden bei Waldbränden auch größere Mengen an Kohlenstoff in Form von Rußpartikeln in die Atmosphäre eingetragen. Deren Menge und Eintragshöhe hängt entscheidend von der Intensität des Feuers ab, welche wiederum davon abhängt, welche Vegetation brennt. Die stärksten Feuer sind mit Waldbränden verbunden, da hier die meiste Biomasse für die Verbrennung zur Verfügung steht. Je höher der Rauch in die Atmosphäre eingetragen wird, desto weiter kann er transportiert werden. Besonders große und intensive Brände, die in Extremfällen sogar Feuergewitter auslösen, können den Rauch sogar bis in die Stratosphäre eintragen, also in Höhen von bis zu zwölf Kilometern, wo er sich dann global verteilen und längerfristige Auswirkungen auf das Klima haben kann.“

„Auf die Luftqualität in Deutschland haben Waldbrände in Nordamerika oder Südeuropa dagegen keine nennenswerten Auswirkungen. Die Luftqualität am Boden ist vor allem in der Nähe von Feuern belastet, wenn der Rauch von den Bränden direkt in die unteren Luftschichten eingetragen wird. Je weiter man sich vom Feuer entfernt, desto geringer ist in der Regel auch die Konzentration von schädlichen Rauchbestandteilen in der Atemluft und damit die Gesundheitsgefährdung. In Einzelfällen kann Rauch aus höheren Schichten auch wieder zum Boden heruntergemischt werden, allerdings meist in verdünnter Form.“

„Waldbrandaerosol hat vielfältige Auswirkungen auf Wetter und Klima. Rauchpartikel streuen und absorbieren die Sonnenstrahlung, was je nach Dicke der Rauchschicht die bodennahe Temperatur um einige Grad verringern kann. Zudem dienen Rußpartikel als sogenannte Wolkenkeime und können insbesondere die Bildung von hohen, dünnen Eiswolken fördern. Diese mindern die Sonneneinstrahlung am Boden zusätzlich, allerdings halten sie auch die langwellige Abstrahlung von der Erde zurück und wirken mutmaßlich weiter erwärmend. Gleichzeitig erwärmt der bei der Verbrennung entstehende Ruß durch Absorption der Sonnenstrahlung die Atmosphäre. Diese Erwärmung kommt zur erwärmenden Wirkung der Treibhausgasemissionen der Feuer noch zusätzlich hinzu. Somit sind Waldbrände langfristig mit einer weiteren Zunahme der Erderwärmung verbunden.“

„Rußpartikel, die in die Stratosphäre eingetragen werden, stehen zudem im Verdacht, die Ozonschicht zu schädigen. Viele dieser Prozesse, wie etwa die Wechselwirkung von Rauchpartikeln mit Wolken oder der Ozonschicht, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden und Gegenstand aktueller Forschung, zum Beispiel innerhalb des Leibniz-Wissenschaftscampus BioSmoke. Bessere Kenntnis des Zusammenspiels aus Biomasse, Vegetationsbränden und den atmosphärischen Bedingungen, die unter anderem die Emissionshöhe bestimmen, kann dabei helfen, die Unsicherheit der regionalen und langzeitlichen Klimaeffekte von Rauch zu verringern.“

„Während die Treibhausgasemissionen aus Industrie und Verkehr in Europa langsam sinken, gewinnen Waldbrände als Emissionsquelle immer mehr an Bedeutung. Die Waldbrandsaison 2025 war mit über einer Million Hektar verbrannter Fläche die extremste, die je in der Europäischen Union registriert wurde. Laut Europäischem Waldbrandinformationssystem wurden dabei über 40 Millionen Tonnen CO₂ ausgestoßen [VI], was allerdings weniger als zwei Prozent der jährlichen menschengemachten CO₂-Emissionen der EU sind (bezogen auf 2024 [9]). Allein die diesjährigen Waldbrände in Frankreich haben bisher knapp 100.000 Hektar Fläche erfasst und damit deutlich mehr als jemals zuvor seit Aufzeichnungsbeginn. Laut ersten Abschätzungen aus Satellitendaten wurden dabei ungefähr vier Millionen Tonnen CO₂ freigesetzt, so viel wie Frankreich ungefähr pro Woche emittiert. Insgesamt dominieren also die durch unsere Lebensweise erzeugten Treibhausgasemissionen weiterhin die Gesamtbilanz. Sie sind es auch, die der globalen Erwärmung und der damit verbundenen Erhöhung der Waldbrandgefahr in Europa weiter Vorschub leisten.“

„In der Klimaforschung gibt es eine rege Debatte über die Frage, ob und inwiefern Rauch von Waldbränden die Eisbildung in der Atmosphäre signifikant beeinflussen kann, beispielsweise bei der Bildung von Eiswolken, sogenannten Zirren. Während Rauch bei ‚höheren‘ Temperaturen oberhalb von minus 30 Grad Celsius als schlechter beziehungsweise sehr ineffizienter Eiskeim gilt, liefern Feldmessungen zunehmend Evidenz für den Einfluss von Waldbrandrauch auf die Bildung von Eiswolken, die in größeren Höhen bei niedrigeren Temperaturen – etwa minus 50 bis minus 60 Grad Celsius – stattfindet. Unsere Beobachtungen mit aktiver Fernerkundung wie Atmosphären-Lidar und Wolkenradar im Mittelmeerraum, der Arktis und auch Mitteleuropa zeigten, dass Rauchschichten in diesem Temperaturbereich signifikante Eisbildung auslösen und dadurch sehr wahrscheinlich die Entstehung und die Eigenschaften von Cirruswolken kontrollieren können.“

„Waldbrände könnten somit ein Faktor sein, der über eine verstärkte Bildung von Eiswolken die Erderwärmung weiter beschleunigt. Über Eiskristalle, die aus solchen rauchbeeinflussten Eiswolken ausfallen und die Mischphasenwolken von oben her ‚impfen‘ können, wäre prinzipiell auch ein Einfluss auf den Niederschlag denkbar – dies müsste allerdings noch genauer untersucht werden. Klar ist bisher nur: Eine zunehmend ‚verrauchte‘ Atmosphäre reagiert anders als früher.“

„Lange war es eine kontroverse Diskussion, wie groß die Anteile von Waldbrandrauch und vulkanischem Sulfat in der oberen Troposphäre und der Stratosphäre sind. Der Einfluss von Rauch aus Waldbränden wurde lange unterschätzt, weil Beobachtungsmethoden früher keine eindeutige Zuordnung zuließen und die Verunreinigungen in der Atmosphäre dann fälschlicherweise oft auf Vulkane zurückgeführt wurden. Wie kürzlich gezeigt werden konnte, ermöglicht die neue Fluoreszenzlidartechnik die eindeutige Unterscheidung von Rauch und Sulfat, sogar in der unteren Stratosphäre. Somit bergen solche Lidarbeobachtungen für die Zukunft das Potenzial, die globalen Auswirkungen von Waldbränden besser zu charakterisieren.“

Die fünf Forschenden des TROPOS haben sich in einem Statement zu unterschiedlichen Aspekten geäußert. Der Übersicht halber und für leichtere Zitation haben wir die Aussagen der Personen getrennt aufgeführt.