Pollen beeinflussen das Klima stärker als gedacht

Forscher der TU Wien wiesen nach, dass Blütenstaub-Moleküle bis in große Höhen gelangen können und als Eiskeim dienen

Wien - Pollen haben einen größeren Effekt auf das Klima haben als gedacht: Wissenschafter der Technischen Universität (TU) Wien konnten nachweisen, dass Blütenstaub beim Gefrieren winziger Wassertropfen in Wolken eine wichtige Rolle spielen kann. Bisher ging man davon aus, dass Pollen nicht in so große Höhen vordringt, wo die Eisbildung üblicherweise stattfindet. Die Forscher haben nun aber gezeigt, dass Moleküle von der Pollen-Oberfläche, die viel leichter bis in große Höhen kommen, beim Gefrierprozess in Wolken von entscheidender Bedeutung sein können.

Reines Wasser gefriert normalerweise nicht ohne äußeren Einfluss bei null Grad Celsius. Ein Wassertröpfchen in einer Wolke benötigt dazu einen sogenannten Nukleationskeim, um Eiskristalle zu bilden. An so einer mikroskopisch kleinen Struktur können sich die Wassermoleküle beim Gefrieren orientieren. Bei Schneekanonen nutzt man dieses Prinzip, indem man dem versprühten Wasser Fragmente eines Bakteriums als Nukleationskeim zusetzt.

Eindrittel der Eiskeime biologischer Herkunft

Pollen sind zwar nur einige Hundertstel Millimeter groß, aber dennoch zu schwer, um in große Höhen zu gelangen. In mehr als fünf Kilometer Höhe sind sie nach Angaben der Wissenschafter kaum noch zu finden. Allerdings weiß man, dass organisches Material durchaus weit hinauf in die Atmosphäre gelangt. Eine russische Studie aus den 1970er Jahren hat in 50 Kilometer Höhe noch Bakterien und Pilzsporen gefunden, eine neuere US-Untersuchung habe gezeigt, dass über 30 Prozent der Eiskeime (in acht bis zehn Kilometer Höhe) biologischer Herkunft waren, erklärte Hinrich Grothe vom Institut für Materialchemie der TU Wien.

Er hat gemeinsam mit Bernhard Pummer untersucht, wie sich Pilzsporen und Blütenpollen auf den Gefrierprozess auswirken. Statt in Luft haben sie dazu Wassertröpfchen in Öl eingebettet und den Tröpfchen dabei Pollen, Sporen bzw. Makromoleküle von deren Oberflächen zugesetzt. Die Tröpfchen wurde dann abgekühlt und die Temperatur gemessen, bei der sie gefrieren.

Die Forscher konnten zeigen, dass die Form der Oberfläche nichts mit dem Gefrierprozess zu tun hat. Es stellte sich aber auch heraus, dass sich Makromoleküle von der Oberfläche der Pollen leicht ablösen lassen und deren Nukleationswirkung genauso groß ist wie bei den ganzen Pollen. "Solche Makromoleküle können mühelos bis in die obere Troposphäre in mehr als zehn Kilometer Höhe vordringen und dort Wolken zum Gefrieren bringen, der Pollenkörper wird dafür gar nicht benötigt", so Grothe.

Einfluss auf das Klima

Für die Klimaforschung ist das von Bedeutung: Einerseits beeinflusst das Gefrieren von Wolken die Niederschlagsmenge, andererseits ändert sich dadurch auch die sogenannte Albedo der Wolke: Gefrorene Wolken reflektieren das Sonnenlicht besser ins All zurück, die Erde wird dadurch abgekühlt.

Um welche Makromolekül es sich konkret handelt, die eine besonders hohe Nukleationswirkung haben, ist derzeit noch unklar, die Wissenschafter vermuten, dass es sich um Polyzucker handeln könnte. Von den Bakterien weiß man, dass es nur ein ganz bestimmtes Oberflächenprotein ist, das sich als Eiskeim eignet, sagte Pummer.

In der Wissenschaft ist noch unklar, ob mineralisches oder organisches Material eine größere Rolle beim Gefrieren von Wolken spielt. Derzeit geht man davon aus, dass Mineralstoffe zwar zahlenmäßig wichtiger, aber nicht ganz so effektiv wie das biologische Material sind. "Bei sehr niedrigen Temperaturen dürfte die Anzahl entscheiden, aber bei höheren Temperaturen entscheidet, welches Material der bessere Eiskeim ist", so Grothe. Die Wissenschafter haben ihre Erkenntnisse im Fachjournal "Atmospheric Chemistry und Physics" veröffentlicht, Grothe zudem einen Übersichtsartikel zur Eisnukleation in "Reviews of Modern Physics" geschrieben. (APA/red, derstandard.at, 9.7.2012)