Forscher enträtseln Keimzellen der Wolkenbildung

29. Oktober 2016, 06:00
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Simulation zeigt, dass Kondensationskeime von Wolken aus einer Mischung zahlreicher Substanzen bestehen und auch kosmische Strahlung eine Rolle spielt

Innsbruck/Wien – Winzige Partikel in der Atmosphäre sind dafür verantwortlich, dass es überhaupt zur Entstehung von Wolken kommen kann. Nun haben Wissenschafter herausgefunden, aus welchem Substanzenmix diese Kondensationskeime bestehen. Neben Schwefelsäure spielen auch Ammoniak und organische Verbindungen eine wichtige Rolle. Das zeigt eine Computersimulation, die auf Daten von bisher rund 350 Durchläufen des Großexperiments CLOUD beruht, berichten die Forscher im Fachjournal "Science".

Seit 2009 erforscht ein internationales Forschungsteam mit österreichischer Beteiligung im Experiment CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) am Europäischen Labor für Teilchenphysik CERN in Genf (Schweiz), wie sich Kondensationskeime in der Atmosphäre bilden. An diesen winzigen Teilchen kann Wasserdampf kondensieren, sie sind damit unerlässlich für die Bildung von Wolken.

Enträtselte Nukleation

Solche Kondensationskeime können durch natürliche Prozesse, etwa als Staub, Sand oder Salz, oder durch menschliche Aktivitäten, etwa Rußpartikel, in die Atmosphäre gelangen. Sie können dort aber auch neu aus Gasmolekülen gebildet werden. Diese "Nukleation" genannte Neubildung konnten die Forscher in den vergangenen Jahren Schritt für Schritt enträtseln.

"Das Besondere an CLOUD ist, dass man kleinste Mengen an gasförmigen Vorläufersubstanzen kontrolliert und hochpräzise in unterschiedlichen Konzentrationen – so wie sie in der Atmosphäre tatsächlich vorkommen – in eine hochreine Kammer einleiten kann und sich so die Nukleationsrate etwa bei verschiedenen Temperaturen und Variationen der Luftfeuchte anschauen kann", sagte Armin Hansel vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck.

Wissenschafter der Universität Leeds (Großbritannien) haben die in Hunderten Experimenten gesammelten Daten in ein Computermodell einfließen lassen, das die Bildung von Kondensationskeimen in der heutigen Atmosphäre simuliert. "Mit diesem neuen faktenbasierten Ansatz kommt man auf relativ gute Übereinstimmungen mit reellen Messergebnissen", sagte Hansel.

Wie schon in den Experimenten zeigte sich auch im Computermodell, dass mehrere Substanzen für einen Großteil der Partikelbildung in der Atmosphäre verantwortlich sind. Neben der vor allem aus menschlichen Aktivitäten stammenden Schwefelsäure sind dies Ammoniak und organische Verbindungen, die Molekülcluster bilden.

Kein Argument für Klimawandel-Skeptiker

Mithilfe der Experimente und der Computersimulation konnte auch der Beitrag der kosmischen Strahlung zur Nukleation enträtselt werden. Sie ist an der Bildung von rund einem Drittel aller neuen Partikel beteiligt. Das Computermodell widerspricht damit dem von Skeptikern vertretenen Argument, wonach nicht die Industrialisierung, sondern Veränderungen der kosmischen Strahlung für den Klimawandel verantwortlich seien. Denn laut Simulation beeinflussen kleine Änderungen der kosmischen Strahlung die Bildung von Partikel nicht so stark, dass sie einen signifikanten Einfluss auf das heutige Klima haben können.

Insgesamt würde man nun "sehr viel besser verstehen, wie alles bei der Partikelneubildung zusammenhängt", sagte Hansel. Die Experimente seien aber noch nicht abgeschlossen, so sei bisher etwa die relative Feuchte in der Wolkenkammer noch nicht ausreichend variiert worden. Neben Hansel waren auch Forscher der Universität Wien um Paul Wagner von der Fakultät für Physik an der Arbeit beteiligt. (APA, red, 29.10.2016)

  • Damit Wolken entstehen können, braucht es Kondensationskeime. Oft entstehen diese aus einer Zusammenballung von unterschiedlichen Gasmolekülen.
    foto: apa/epa/yuri kochetkov

    Damit Wolken entstehen können, braucht es Kondensationskeime. Oft entstehen diese aus einer Zusammenballung von unterschiedlichen Gasmolekülen.

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