Herr Müller, über großen Waldbränden können sich spezielle Gewitterwolken bilden, sogenannte Pyrocumulonimbus-Wolken. Was passiert da genau?

Bei sehr starken Feuern mit hoher Hitzeentwicklung fängt innerhalb der Rauchsäule Wasser an zu kondensieren. Dieses Wasser steigt auf und bildet eine rußhaltige Wolke. Dieser Pyrocumulonimbus verhält sich tatsächlich wie eine herkömmliche Gewitterwolke, aus der es regnen, hageln und blitzen kann – und er sorgt für gewaltige Windböen, die das Feuer weiter antreiben.

Welche Rolle spielen Temperatur, Trockenheit, Wind und die Schichtung der Atmosphäre bei der Entstehung solcher Wolken?

Auslöser für einen Pyrocumulonimbus ist vor allem immense Hitze. Aber es braucht auch einen speziellen Zustand der Atmosphäre, der ein Gewitter überhaupt erst ermöglicht. Wir sprechen von einer labilen Atmosphäre im Unterschied zu einer stabilen. Es kommt dann zu einer aus meteorologischer Sicht enorm spannenden Interaktion zwischen Feuer und Atmosphäre. Durch die starke Dynamik entstehen heftige Winde am Boden. Das Feuer wird dann noch heißer, kann sich weiter ausbreiten, was zu einer Verstärkung des ursprünglichen Gewitters führen kann – es ist ein sich selbst verstärkender Prozess.

Der Waldbrand bei Bordeaux in Südfrankreich ist immens. Denken Sie, dort hat sich so ein Feuergewitter gebildet?

Möglicherweise ja – aber die Fachwelt diskutiert noch darüber. Hoffentlich bringt die Auswertung von Satellitenbildern Gewissheit. Das wäre allerdings außergewöhnlich. Pyrocumulonimbus-Wolken sind in Europa sehr selten. Wirklich nachgewiesen wurde das Phänomen, soweit ich weiß, bislang nur ein einziges Mal in Portugal im Jahr 2017. In Südfrankreich gibt es derzeit einige Anzeichen dafür, dass sich dort solche Wolken gebildet haben könnten. Vielleicht handelt es sich streng genommen aber auch nur um Pyrocumulus-Wolken. Das wäre eine etwas harmlosere Vorstufe.

Wann haben Forschende dieses Phänomen das erste Mal beobachtet?

Das ist noch gar nicht so lange her. Erst Ende der 1990er-Jahre haben Forschende in den USA merkwürdige Aerosolansammlungen in der Stratosphäre entdeckt. Aerosole sind winzige feste oder flüssige Partikel, die in der Luft schweben und nur einige Nanometer bis Mikrometer groß sind. Dazu gehören Rußpartikel, mineralischer Staub und bestimmte Gase, die in Verbrennungsprozessen freigesetzt werden. Die Forscher dachten zuerst, dass die Aerosole zu einem Vulkanausbruch gehören – sie fanden aber keinen Vulkan, der dazu passt. Sie kamen dann darauf, dass die Partikel von Waldbränden stammen müssen.

»Nur ein Pyrocumulonimbus kann einen solchen Fahrstuhleffekt erzeugen, dass Aerosole derart hoch in die Atmosphäre geschleudert werden«

Was hat die Fachleute auf die Idee gebracht? 

Nur ein Pyrocumulonimbus kann einen solchen Fahrstuhleffekt erzeugen, dass Aerosole derart hoch in die Atmosphäre geschleudert werden – teils bis zu 13 Kilometer oder noch höher. Bei kleineren Feuern kommen die Partikel nicht so weit und bleiben entsprechend auch nicht so lang.

Wie häufig treten solche Feuergewitter weltweit auf? 

Das lässt sich nur schwer sagen, weil ein Pyrocumulonimbus häufig an Orten entsteht, an denen sich – zum Glück – nicht viele Menschen aufhalten. Die allermeisten bilden sich in Kanada, den nördlichen USA und Sibirien fernab der Zivilisation. Und wie man jetzt in Frankreich sieht, haben die von einem so heftigen Feuer betroffenen Menschen definitiv anderes zu tun, als die Wolken zu betrachten und zu analysieren. Dem Ganzen auf die Spur gekommen ist man also überhaupt erst mit der heutigen Satellitentechnik. Wir gehen derzeit davon aus, dass sich weltweit im Schnitt etwa 100 Pyrocumulonimbus-Wolken pro Jahr bilden.

Was bedeutet das für die Brandbekämpfung?

Feuerwehrleute vor Ort können das sicherlich besser beurteilen, aber ich vermute mal, dass es eine extreme Herausforderung ist. Pyrocumulonimbus-Wolken entstehen oft sehr plötzlich. Das Feuer verhält sich dann anders als sonst – es ist geradezu unberechenbar. Da kommen selbst Löschflugzeuge nicht mehr gegen an: Die extremen Turbulenzen und geringen Sichtweiten können sehr gefährlich für die Piloten sein.

Gibt es eine Art Schwellenwert bei der Feuerintensität, ab dem die Bildung eines Pyrocumulonimbus wahrscheinlich wird?

Das ist eine gute Frage – und genau mein Forschungsthema. Bestimmt gibt es einen solchen Schwellenwert, aber er lässt sich nur schwer berechnen und ist von vielen Faktoren abhängig. Es kommt auf die Atmosphärenbedingungen an. Je mehr Feuchtigkeit beispielsweise in hohen Schichten vorhanden ist, desto eher kann sich die Wolke bilden. Und es kommt auf die Art der brennenden Vegetation an – je mehr trockene Biomasse, desto heißer und verheerender das Feuer. Aber wie genau diese Faktoren zusammenwirken müssen, das ist noch unklar.

»Wenn Felder oder Wiesen brennen, ist es sehr unwahrscheinlich, dass ausreichend hohe Temperaturen entstehen«

Bildet sich ein Pyrocumulonimbus also eher über brennenden Nadelwäldern oder kann er auch über Laubwäldern entstehen?

Da möchte ich mich nicht festlegen – das ist ebenfalls noch Gegenstand der Forschung. Aber man kann sagen, dass viel Biomasse in sehr kurzer Zeit verbrennen muss, um die richtigen Bedingungen zu schaffen. Wenn Felder oder Wiesen brennen, ist es sehr unwahrscheinlich, dass ausreichend hohe Temperaturen entstehen.

Beobachten Sie weltweit eine Zunahme von Bedingungen, unter denen Pyrocumulonimbus-Wolken entstehen können? 

Das Phänomen wird noch nicht lange genug systematisch erforscht und dokumentiert, als dass man verlässliche Aussagen über zeitliche Trends geben könnte. Weltweit lässt sich beobachten, dass sich Dauer, Art und Intensität von Waldbränden verändern. Sie treten auch zunehmend in Regionen und Ökosystemen auf, in denen es historisch keine oder kaum Feuer gegeben hat – beispielsweise in den borealen Wäldern Kanadas. In vielen dieser Regionen erleben wir immer häufiger längere Trockenperioden, die das Unterholz verdorren und zum Zündstoff werden lassen. Die Feuer treffen dort auf Ökosysteme, deren Vegetation evolutionär kaum Schutzmechanismen gegen Feuer entwickelt hat. Dementsprechend groß und verheerend können dann auch die Brände sein. Da liegt die Vermutung nahe, dass das global zu einer Zunahme von Pyrocumulonimbus-Wolken führt.

Welche Auswirkungen hat ein Pyrocumulonimbus auf das Klima? 

Das beginnen wir erst sehr langsam zu verstehen. Kollegen hier vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung haben nach früheren Ereignissen etwa in Kanada im Jahr 2023 oder in Australien im Jahr 2020 Messungen in der oberen Atmosphäre durchgeführt. Sie konnten nachweisen, dass Rauchpartikel über Monate und teilweise sogar Jahre dort verbleiben. Das wirkt sich auf die Strahlungsbilanz der Erde und damit auch auf das Klima aus. Der Rauch kann die Erde umkreisen, Wettermuster verändern, die Lebensdauer und Ausdehnung des antarktischen Ozonlochs verlängern und die Temperatur der Erdoberfläche und der Atmosphäre beeinflussen. Um den Effekt in Klimamodellen berücksichtigen zu können, müssen Pyrocumulonimbus-Wolken unbedingt besser verstanden werden.