Aerosole als Klimafaktoren

1. Februar 2003, 19:55
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Wiener Experimentalphysiker untersuchen derzeit die Wechselwirkungen zwischen Atmosphärenteilchen und Sonnenlicht

Ob Nebel, Abgase, Regen oder Zigarettenrauch - täglich umschwirren den Menschen Aerosole, meist ohne dass er sie bewusst wahrnimmt. "Wir atmen sie ein, sie können Wälder sterben und Sandsteingebäude verwittern lassen": Wladyslaw Szymanski, außerordentlicher Professor am Institut für Experimentalphysik der Universität Wien, beschäftigt sich seit 20 Jahren mit Aerosolen. Für ihn haben die in einer gasförmigen Umgebung vorhandenen kleinen Tröpfchen und Feststoffpartikel nichts von ihrer Faszination verloren. Besonders, weil sie auch in der Erdatmosphäre vorhanden sind: "Wir wissen, dass natürliche und künstlich vom Menschen produzierte Aerosole das Sonnenlicht teilweise streuen, teilweise aber auch aufnehmen", erklärt Szymanski. Genau dadurch beeinflussen sie die globale Erwärmung und die Zusammensetzung des Sonnenlichts, wie es auf die Erdoberfläche trifft. Quintessenz: Aerosol ist nicht gleich Aerosol, je nach Art wird mehr oder weniger Sonnenlicht absorbiert, wovon die globale Erwärmung abhängt.

Dass diese Wechselwirkung zwischen Teilchen in der Atmosphäre und Strahlung stattfindet, galt schon bisher als wissenschaftlich gesichert. Dem "Wie" geht der Wiener Physiker nun gemeinsam mit seinen Mitarbeitern in einem vom Wissenschaftsfonds geförderten Projekt auf den Grund.

Damit Aerosole von den Forschern in ihre Versuchsanordnung aufgenommen werden, müssen sie zwei Bedingungen erfüllen: Erstens dürfen sie nur rund ein Millionstel Meter groß sein. Regentropfen etwa messen zirka einen Millimeter - viel zu groß, um das Interesse der Aerosoloptik zu wecken. Denn erst im Mikro-beziehungsweise Nanometer-Bereich wird das Streuungsverhalten der Tröpfchen und Feststoffpartikel so komplex, dass man den Zusammenhang zwischen Aerosolen und Klima - bisher - nicht eindeutig interpretieren kann. Und zweitens untersucht das Team um Wladyslaw Szymanski keine homogenen Teilchen, die entweder aus Flüssigkeit oder Feststoff bestehen, sondern inhomogene Aerosole, in denen sich beides vermischt. "Eben wie in unserer Atmosphäre, wo sich auch beispielsweise Wasser mit Ruß zusammenschließt", erläutert der Experimentalphysiker.

Um diese inhomogenen Aerosolteilchen erzeugen zu können, haben die Physiker eine Anlage gebaut, in der eine Dampfwolke auf Feststoffelemente trifft und durch die künstlich erzeugte Übersättigung auf den Partikeln kondensiert. Während dieses Vorgangs schicken die Wissenschafter einen Laserstrahl durch das Gemisch, der teils gestreut, teils von den Teilchen aufgenommen wird. Die Messung dauert nur 100 Millisekunden und konzentriert sich auf bis zu 4000 Messpunkte, von denen die Forscher gezielt einige wenige zur Interpretation heranziehen.

Die Ergebnisse sind erstaunlich, denn die Reaktion der inhomogenen Teilchen weicht deutlich von jener homogener Aerosole ab: "Wir konnten feststellen, dass in bestimmten Situationen bis zu 60 Prozent der Streuung verschwinden. Das bedeutet, dass die Strahlung von einem inhomogenen Teilchen stärker aufgenommen wird als von einem homogenen", schildert Wladyslaw Szymanski. Die zweite Erkenntnis: Beginnt sich der Feststoff - wie in der Atmosphäre - im Wassertropfen aufzulösen, schaut auch die Lichtstreuung wieder vollkommen anders aus.

Aber nicht nur Erkenntnisse über die Atmosphäre erhoffen sich die Wiener Physiker. Als weiteres Projektergebnis bauen sie gerade an einem neuen Messgerät. Optische Partikelspektrometer werden nicht nur in der Industrie zur Bestimmung von Schadstoffemissionen eingesetzt, sondern auch beispielsweise in der Intensivmedizin, wo die Raumluft möglichst partikelfrei gehalten werden muss. Bisher waren diese Messgeräte aber auf bestimmte Teilchen geeicht. Das heißt, sie konnten nur dann einwandfreie Ergebnisse liefern, wenn die Aerosole im Untersuchungsraum den Eichteilchen entsprachen.

In Kooperation mit einem Institut der Ungarischen Akademie der Wissenschaften haben die Forscher jetzt ein Gerät entworfen, das keine "Grundeichung" mehr braucht, sondern sich immer neu auf die Teilchen einstellen kann. Das gelingt den Wissenschaftern durch die simultane Beleuchtung jedes Teilchens mit zwei Wellenlängen, wodurch aus der Streulichtanalyse Rückschlüsse über den Brechungsindex und die Teilchengröße gezogen werden können. Die Marktchancen für ein solches Gerät scheinen auch vorhanden, wie Wladyslaw Szymanski hofft: Bei einer Konferenz habe er einen Vortrag über die Entwicklung dieses Spektrometers gehalten - worauf sich gleich ein Bostoner Unternehmen bei ihm meldete, das an einer Vermarktung interessiert wäre. (Elke Ziegler/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 1./2. 2. 2003)

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