Abkühlung und weniger Niederschlag
Mittelmeer bei Rosas, Katalonien – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify
Aus den Meeren aufsteigende organische Tenside befördern besonders die Tröpfchenbildung und tragen damit zur Abkühlung von Wolken bei. Das haben Forscher des Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC) herausgefunden. Die Untersuchung wurde in Zusammenarbeit mit zahlreichen Forschungseinrichtungen in Europa, Kanada und den USA durchgeführt und in nature veröffentlicht.
[note Abstract aus nature: Das spontane Wachstum der Wolkenkondensationskerne (cloud condensation nuclei – CCN) in Wolkentröpfchen unter Bedingungen übersättigten Wasserdampfs ist durch die klassische Köhler-Theorie beschrieben worden. Diese spontane Aktivierung der CCN hängt vom Zusammenspiel zwischen dem Raoult-Effekt, bei dem das Aktivierungspotenzial mit abnehmender Wasseraktivität oder zunehmender Konzentration des gelösten Stoffes zunimmt, und dem Kelvin-Effekt, wodurch das Aktivierungspotenzial mit abnehmender Tröpfchengröße abnimmt oder mit abnehmender Oberflächenspannung, die schnell auf Tenside reagiert, zunimmt. Es wird erwartet, dass ein durch organische Tenside verursachtes Absinken der Oberflächenspannung, was den Kelvin-Effekt schwächt, durch eine gleichzeitige Reduktion des Raoult-Effekts negiert wird, verstärkt durch eine Verschiebung der Tensidmoleküle aus der Tröpfchenmasse in die Tropfen-Dampf-Grenzfläche.
Hier präsentieren wir den Nachweis aus Beobachtung und Theorie, der veranschaulicht, dass die Verringerung der Oberflächenspannung in der Umgebungsluft über die Reduktion eine Verringerung des Raoult-Effekts durchsetzen kann, was zu einem erheblichen Anstieg der Wolkentröpfchen-Konzentrationen führt.
Wir meinen, dass die Betrachtung der Flüssig-Flüssig-Phasentrennung, die zu einem vollständigen oder teilweisen Einhüllen eines hygroskopischen Teilchenkerns durch eine hydrophobe organisch-reichhaltige Phase führt, das Fehlen einer gleichzeitigen Reduktion des Raoult-Effekts erklären kann, während die substanzielle weitere Absenkung der Oberflächenspannung auch für teilweise Abdeckung der Oberfläche beibehalten wird. Abgesehen von der Bedeutung der Partikelgröße und Zusammensetzung in Tröpfchenaktivierung zeigen wir durch Beobachtung und Modellierung, dass der Einbau von Phasentrennungs-Effekten in die Aktivierung der Thermodynamik zu einer Zunahme der CCN-Anzahl führen kann, zehnmal so viel, wie es Klimamodelle vorhersagten, das ändert die Eigenschaften von Wolken. Eine adäquate Darstellung des CCN-Aktivierungsprozesses ist entscheidend für die Vorhersage von Wolken in Klimamodellen, und angesichts des Einflusses von Wolken auf die Energiebilanz der Erde führen verbesserte Vorhersagen von Aerosol-Wolken-Klima-Wechselwirkungen wahrscheinlich zu verbesserter Abschätzung des bevorstehenden Klimawechsels.
Weitere Nachforschungen nötig
Dass sich Wolken durch kleine in der Atmosphäre schwebende Partikel bilden, ist zwar seit geraumer Zeit bekannt. „Jetzt aber wissen wir, dass an organischen Stoffen reiche Nanopartikel bis zu zehn Mal mehr Tropfen als andere bilden“, sagt Projektleitern Maria Cristina Facchini. Diese hätten die Eigenschaft, sowohl das Sonnenlicht stärker zu reflektieren als auch weniger Niederschläge hervorzurufen.
Diese neue Erkenntnis wollen die Experten nun durch weitere Studien näher belegen und quantifizieren, da das Zusammenspiel beider Eigenschaften einen kühlenden Klimaeffekt mit sich bringt. „Eine künftige Herausforderung besteht darin, die experimentell im Kleinen gewonnenen Forschungsergebnisse auf eine größere Skala zu übertragen und in die bestehenden Klimamodelle einzubringen“, so die italienische Wissenschaftlerin.
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