Wie Gase aus Wäldern die Wolkenbildung fördern

    29. August 2018, 11:50
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    Forscher stellten Prozesse nach, die in der Troposphäre bei minus 25 Grad Celsius ablaufen

    Wien – Zwei Zutaten braucht es für die Wolkenbildung: Natürlich Wasserdampf – und dazu sogenannte Kondensationskerne, um die herum der Dampf in flüssigen Zustand übergehen kann. Klassischerweise handelt es sich bei solchen im Schnitt 0,2 Mikrometer großen Kernen um winzige feststoffliche Teilchen wie Staub oder Ruß – als deren Quelle können aber auch bestimmte Gasmoleküle in Frage kommen.

    Diesen Nukleation genannten Vorgang haben sich Forscher im Rahmen des seit fast zehn Jahren laufenden Experiments CLOUD ("Cosmics Leaving Outdoor Droplets") am Europäischen Labor für Teilchenphysik CERN in Genf genauer angesehen. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher um Paul Winkler von der Gruppe Aerosolphysik und Umweltphysik der Uni Wien im Fachjournal "PNAS".

    Wald macht Wolken

    Bereits vor einigen Jahren zeigten die Wissenschafter, dass Wälder entscheidende Zutaten für die Wolkenbildung liefern. Insbesondere Nadelbäume emittieren organische Moleküle, die eine wichtige Rolle bei der Nukleation spielen. Es handelt sich dabei um eine ganze Reihe hochoxidierter Moleküle, die in der Atmosphäre aus sogenannten alpha-Pinen gebildet werden. Diese zählen zu den Molekülen, die Pinienwälder ihren typischen Duft verleihen.

    Diese Gase tragen nach erfolgter chemischer Reaktion mit Ozon und OH-Radikalen in der Atmosphäre maßgeblich zur Bildung und zum Wachstum von Nanoteilchen bei. "Insbesondere das anfängliche Stadium der Partikelbildung spielt dabei eine große Rolle, weil die Teilchen im Größenbereich unter zehn Nanometern durch Kollisionen mit größeren Teilchen, an denen die Nanoteilchen haften bleiben, rasch verloren gehen. Nur mit schnellem Wachstum überleben die Nanoteilchen lange genug, um für Wolkenbildungsprozesse relevant zu bleiben", sagt Studienerstautor Dominik Stolzenburg.

    Wolkenbildung bei Kälte

    Bisher wurden die Experimente in dem 26 Kubikmeter großen Edelstahltank des CLOUD-Experiments, in dem die Bedingungen extrem präzise kontrolliert werden können, vorwiegend bei Zimmertemperatur durchgeführt. Nun haben die Wissenschafter erstmals auch bei niedrigen Temperaturen von minus 25 Grad Celsius gemessen. "Bei diesen Bedingungen kondensieren auch Moleküle, die so flüchtig sind, dass sie bei höheren Temperaturen in der Gasphase bleiben", sagt Winkler.

    Reaktionen laufen bei so tiefen Temperaturen zwar deutlich langsamer ab. Dennoch können auch bei minus 25 Grad Celsius Nanopartikel aus organischen Vorläufergasen entstehen, die als Kondensationskerne dienen. Vergleichbare Bedingungen herrschen in der mittleren Troposphäre in rund sechs Kilometern Höhe. "Der Beitrag organischer Substanzen zur Wolkenbildung könnte folglich höher sein als bisher angenommen", so Winkler. Dies müsse in Klimamodellen berücksichtigt werden. (APA, red, 29. 8. 2018)

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