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Konvektive Wolken in den Tropen © Bernadett Weinzierl
Konvektive Wolken in den Tropen © Bernadett Weinzierl

APA

Tropen sind Fabrik für Wolkenkondensationskeime

16.10.2019

Die Tropen sind eine Fabrik für Wolkenkondensationskeime: Aus Gasen, die dort in große Höhe aufsteigen, bilden sich unzählige Aerosolpartikel, die weiter wachsen, bis Wasserdampf daran kondensieren kann. Die Partikel hellen Wolken auf, was bisher in Klimamodellen nicht hinreichend berücksichtigt ist, berichtet ein internationales Forscherteam mit österreichischer Beteiligung im Fachblatt "Nature".

Damit Wasserdampf in der Atmosphäre zu Tröpfchen kondensieren kann, sind Kondensationskeime erforderlich. Solche Keime können aus natürlichen Prozessen stammen, etwa winzige Sandkörner, oder von menschlichen Aktivitäten, etwa Rußpartikel. Sie können aber auch aus Gasmolekülen neu gebildet werden.

Wissenschafter mehrerer US-Universitäten und -Forschungseinrichtungen sowie der Universität Wien um Christina Williamson von der US-Klimabehörde NOAA haben in dem groß angelegten Forschungsprojekt "Atmospheric Tomography Mission" (ATom) umfassende Messungen der Atmosphäre vorgenommen und dabei auch die Partikelneubildung in den Tropen untersucht. Mit einem Forschungsflugzeug der NASA wurden dazu drei Jahre lang über dem Pazifik und Atlantik von der Arktis bis zur Antarktis kontinuierlich zwischen einer Höhe von 0,2 bis zwölf Kilometern Daten über Partikel und Gase gesammelt.

"Gas-zu-Partikel-Konversion"

Die Auswertung der Daten zeigte, dass in den Tropen Gase aus Schichten nahe dem Ozean "durch die Konvektion sehr weit in der Atmosphäre aufsteigen", wie Bernadett Weinzierl von der Forschungsgruppe Aerosolphysik und Umweltphysik an der Uni Wien gegenüber der APA erklärte. Dort entsteht durch einen "Gas-zu-Partikel-Konversion" genannten Prozess eine Vielzahl von sehr kleinen Aerosolpartikeln. Speziell in Regionen mit sauberer Luft, wo nur sehr wenige Partikel aus anderen Quellen existieren, spielt dieser Effekt der Partikelneubildung aus Gasen eine große Rolle. Um welche Gase es sich dabei handelt, klären die Forscher in aktuellen Arbeiten.

Die neu gebildeten Partikel sinken in den Tropen sowohl über dem Pazifik als auch dem Atlantik langsam wieder ab. Beim Abstieg wachsen die Partikel weiter, indem Gase darauf kondensieren oder mehrere kleine Teilchen zu einem größeren zusammenwachsen. Irgendwann sind sie dann groß genug, um als Wolkenkondensationskeim zu dienen.

Wie wichtig der Effekt ist, zeigten die Modellrechnungen der Wissenschafter: Demnach existiert ein globales Band an derartiger Partikelneubildung, das 40 Prozent der Erdoberfläche abdeckt.

Wenige, große Tropfen

Neben der großen Ausdehnung ist aber auch eine weitere Folge dieses Prozesses von großer Relevanz: Die aus Gasen gebildeten Partikel hellen niedrige Wolken in den Tropen auf. Der Grund dafür: Wolken in Regionen mit nur wenigen Kondensationskeimen haben wenige, aber dafür große Tropfen. Auf solche Wolken fallendes Sonnenlicht wird daher nicht sehr stark reflektiert. "Sind dagegen viele Wolkenkondensationskeime z.B. aus Partikelneubildung vorhanden, gibt es mehr, aber dafür kleinere Tropfen, die mehr Sonnenlicht zurückstreuen", so Weinzierl.

Diese stärkere Reflexion vergrößert den kühlenden Beitrag dieser Wolken auf das Klima. Die Forscher gehen davon aus, dass die Partikelneubildung global einen kühlenden Effekt von 0,1 Watt pro Quadratmeter in der oberen Atmosphäre hat.

Der Einfluss der Aerosole auf Wolken und die Strahlungsbilanz stellt den Forschern zufolge eine der größten Unsicherheiten in den Klimamodellen dar. Die neuen Erkenntnisse könnten daher einen Beitrag zur Verbesserung dieser Modelle leisten.

Service: http://dx.doi.org/10.1038/s41586-019-1638-9

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