Wie Wolken das Klima der Erde beeinflussen
Aerosolpartikel in der Atmosphäre fungieren als so genannte Kondensationskerne, auf denen sich Wassertropfen und Eiskristalle bilden. Die Aerosolpartikel werden entweder direkt von der Erdoberfläche emittiert (z. B. Wüstenstaub) oder entstehen in der Atmosphäre durch Kondensation hochvolatiler Spurengase. Aus welchen Dämpfen atmosphärische Partikel entstehen, untersuchten die Nachwuchsforscher in der CLOUD-Kammer (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) in Genf, Schweiz. In der 3 Meter großen Edelstahlkammer kann die gesamte Bandbreite atmosphärischer Bedingungen simuliert werden, u.a. auch Ionisation durch galaktische kosmische Strahlung mittels Pion-Strahl aus der Proton-Synchrotronanlage des CERN. Im Rahmen des Ausbildungsnetzwerks CLOUD Initial Training Network (CLOUD TRAIN) wurden in der CLOUD-Kammer Hunderte Experimente durchgeführt, was Forschern aus 10 europäischen Forschungsinstituten wichtige neue Einblicke bot. So fand man zuerst heraus, dass Amindämpfe in geringsten Konzentrationen mit Schwefelsäure reagieren und Aerosole in ähnlichen Konzentrationen bilden wie sie auch in der Atmosphäre vorkommen. Zweitens entdeckte man, dass hochoxidierte organische Dämpfe aus biogenen Terpenen wesentlich die Partikelbildung und anfängliche Keimbildung in der Atmosphäre fördern. Amine sind mit Ammoniak verwandt und entstehen unter Geruchsbildung durch Zersetzung proteinhaltiger organischer Stoffe. Experimentelle Versuche, die CLOUD-TRAIN durchführte, zeigten, dass die in der Atmosphäre vorkommenden typischen niedrigkonzentrierten Amine (wenige Billionstel, ppt) ausreichen, um in Kombination mit Schwefelsäure Partikel zu bilden. Terpene sind organische Dämpfe von Pflanzen, insbesondere Nadelbäumen. Hier zeigten die CLOUD-TRAIN-Experimente, dass durch schnelle Oxidation extrem volatile organische Substanzen entstehen, die - und dies war überraschend - selbst ohne Schwefelsäure schnell neue Partikel bilden. Die Forscher belegten, dass ionisierende Strahlung aus galaktischen kosmischen Strahlen kaum Einfluss auf die Bildung von Aerosolpartikeln aus Schwefelsäure in Kombination mit Aminen hat, allerdings die Partikelbildungsrate durch Terpene enorm erhöht: um das 10- bis 100-fache. Die Ergebnisse der CLOUD-TRAIN-Forscher in der CLOUD-Kammer werden dazu beitragen, globale Klimamodelle zu verbessern, indem die Bildung von Aerosolwolken genauer geklärt wird. Die CLOUD-Experimente liefern auch Aufschluss über Kontaminationsquellen (Smogpartikel) in großen Städten. Das CLOUD-TRAIN-Team veröffentlichte mehrere Beiträge hierzu in renommierten Fachzeitschriften wie Nature und Science.
Schlüsselbegriffe
Wolken, globale Erwärmung, Aerosole, CLOUD-TRAIN, Aerosol-Keimbildung, ionisierende Strahlung
