Warum entstehen Kondensstreifen?

Die Verbrennung eines Kilogramms Kerosin setzt etwa 1,25 kg Wasserdampf zusammen mit Kohlendioxid, Ruß und Schwefelverbindungen frei. Es verlässt die Abgasdüse mit mehreren hundert Grad Celsius, viel zu heiß, um zu kondensieren. Innerhalb eines winzigen Augenblicks mischt sich die Abgaswolke jedoch mit der Umgebungsluft, die in typischen Reiseflughöhen von 10 bis 12 km zwischen −40 °C und −60 °C liegt. Die Durchmischung senkt die Temperatur weit schneller, als sie den Wassergehalt senkt, sodass das Gemisch für einen kurzen Moment übersättigt wird. Der Wasserdampf kondensiert dann an den Rußpartikeln und gefriert bei diesen Temperaturen fast sofort zu Eiskristallen. Ein Kondensstreifen, kurz für Kondensationsstreifen, ist eine Linie winziger Eiskristalle, physikalisch dasselbe wie eine Zirruswolke.

Ob überhaupt ein Streifen entsteht, wird durch eine Beziehung bestimmt, die in den 1940er- und 1950er-Jahren von Ernst Schmidt und Herbert Appleman entwickelt wurde. Sie verknüpft das Verhältnis von Wasser zu Wärme im Abgas mit dem Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur. Unterhalb einer Schwellentemperatur, typischerweise um −40 °C, die jedoch je nach Höhe, Luftfeuchtigkeit und Triebwerkseffizienz variiert, kreuzt die Mischungslinie die Wassersättigung und ein Kondensstreifen erscheint. Darüber entsteht nichts Sichtbares. Moderne Triebwerke mit hohem Bypass-Verhältnis sind effizienter, sie wandeln also mehr der Energie des Treibstoffs in Schub um und weniger in Wärme im Abgas; kontraintuitiv macht das Kondensstreifen etwas wahrscheinlicher, da die Abgaswolke mit relativ mehr Wasser abkühlt.

Die Lebensdauer eines Kondensstreifens hängt von der umgebenden Luft ab. Ist sie relativ zu Eis trocken, sublimieren die Kristalle innerhalb von Sekunden, und der Streifen ist nur ein kurzer weißer Strich hinter dem Flugzeug. Ist die Luft bereits übersättigt in Bezug auf Eis, was in der oberen Troposphäre häufig vorkommt, wachsen die Kristalle weiter, indem sie Umgebungsfeuchte aufnehmen, und der Streifen kann sich über Stunden zu einer mehrere Kilometer breiten Schicht aus Kondensstreifen-Zirren ausbreiten. Diese dauerhaften Streifen sind für das Klima relevant: Sie fangen ausgehende Infrarotstrahlung ein, und Studien des DLR und anderer deuten darauf hin, dass ihr Erwärmungseffekt mit dem des Kohlendioxids der Luftfahrt vergleichbar oder größer ist. Die Umleitung von Flügen um eisübersättigte Regionen wird derzeit als Möglichkeit zur Verringerung dieses Effekts getestet.