Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bremsen Staubpartikel die Klimaerwärmung?

01.10.2009
Meteorologen fordern, den Einfluss von Aerosolen auf die Wolkenbildung neu zu erforschen

Es klafft eine Wissenslücke in der Klimaforschung: Seit Jahrzehnten fragen sich Wissenschaftler, ob und wie stark menschengemachte Aerosole, also in der Atmosphäre schwebende Staubpartikel, die Wolkenbedeckung vergrößern und somit die Klimaerwärmung bremsen.


Jede Wolke ist verschieden. Deshalb ist es wichtig zu untersuchen, in welchen Wolkensystemen Aerosole den größten Einfluss haben. Bild: Max-Planck-Institut für Meteorologie / Stevens

Die Forschung kommt in dieser Frage kaum voran. Zwei Forscher vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg (MPI-M) und von der US-amerikanischen "National Oceanic and Atmospheric Administration" (NOAA) schreiben nun in der Fachzeitschrift Nature, dass das Wechselspiel zwischen Aerosolen, Wolken und Niederschlag stark von Einflüssen abhängt, die bislang zu wenig erforscht wurden. Sie fordern ein Forschungskonzept, um die Wissenslücke zu schließen. (Nature, 1. Oktober 2009)

Treibhausgase, welche die Erdatmosphäre erwärmen, haben Gegenspieler: Staubteilchen, die in der Lufthülle schweben, so genannte Aerosole. Sie entstehen auf natürliche Weise, etwa indem Winde Wüstenstaub aufwirbeln, aber auch durch menschliche Aktivitäten. Ein großer Teil der menschgemachten Aerosole entsteht aus Schwefeldioxiden, die wiederum aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen kommen.

Die Aerosole gelten als Klimakühler, die einen Teil der Erdwärmung durch die Treibhausgase wieder ausgleichen. Den Kühlmechanismus stellen sich Klimaforscher sehr einfach vor: Wenn Aerosole in Wolken gelangen, ziehen sie Wassermoleküle an sich und wirken so als Kondensationskeime für Wassertropfen. Je mehr Aerosol-Partikel in der Wolke schweben, desto mehr Wassertröpfchen entstehen. Wenn menschgemachte Staubteilchen zu den natürlichen kommen, vergrößert sich daher die Anzahl der Tröpfchen. Dadurch verkleinert sich die durchschnittliche Größe der Tröpfchen. Weil kleinere Tröpfchen nicht zu Boden fallen, verhindern die Aerosole das Abregnen einer Wolke und verlängern ihre Lebensdauer. Somit nimmt die Bewölkung über der Erdoberfläche zu. Da Wolken die Sonnenstrahlung reflektieren und ins All zurückwerfen, sammelt sich weniger Wärme in der Atmosphäre an als bei klarerem Himmel. Den Mechanismus bezeichnen Klimaforscher als "Cloud lifetime effect".

Doch bislang gelang es nicht, den Einfluss des "Cloud lifetime effect" auf das Klima zu quantifizieren. Die Schätzungen schwanken extrem: Die Skala reicht von gar keinem Einfluss bis hin zu einer Kühlwirkung, die ausreicht, um die Erwärmung durch Kohlendioxid mehr als auszugleichen.

Die große Unsicherheit weise darauf hin, dass die Erklärung des Kühlmechanismus durch Aerosole zu stark vereinfacht sei, schreiben Bjorn Stevens vom MPI-M und Graham Feingold vom Earth System Research Laboratory der NOAA in Washington D.C.. Die beiden Wolkenforscher haben die Fachliteratur, die seit den 1970er-Jahren zu zum Thema veröffentlicht wurde, analysiert. Dabei stießen sie auf Beobachtungen, die dem "Cloud lifetime effect" widersprechen. Beispielsweise fand eine vor wenigen Jahren durchgeführte Feldstudie, dass Wolken in der Passatwindregion bei Anwesenheit von wenig transparentem Aerosol schneller abregnen, statt langsamer.

Nach ihrer Literaturanalyse sind Stevens und Feingold zu folgendem Schluss gelangt: "Wolken regieren auf Aerosole auf sehr komplexe Weise und die Reaktion hängt stark von der Wolkenart und dem Wolkenzustand ab", sagt Stevens. Das Aerosol-Problem sei deshalb ein Wolken-Problem. "Wir Klimaforscher müssen uns stärker auf das Verständnis von Wolkensystemen konzentrieren", betont der Meteorologe.

Bislang seien Prozesse in den Wolken nicht berücksichtigt worden, die dem Einfluss der Aerosol-Partikel entgegenwirken oder ihn sogar aufheben, schreiben die Forscher. Ein Beispiel: Wenn eine Kumuluswolke mit Aerosolen in Kontakt kommt, regnet sie zwar zunächst nicht ab. Doch das hat Folgen: Die Flüssigkeit steigt nach oben und verdampft über der Wolke. Dabei kühlt sich die über der Wolke liegende Luft ab, wodurch sie empfänglich für eine Ausdehnung der Kumuluswolke nach oben wird. Höhere Kumuluswolken regnen leichter ab als niedrige. Deshalb kommt es nun doch zum Niederschlag. Das Aerosol verhindert in einem solchen Fall nicht das Abregnen der Wolke.

Stevens und Feingold glauben, dass die Kühlwirkung der Aerosole wegen solcher Puffermechanismen eher gering ist. Sie räumen aber ein, dass der "Cloud lifetime effect" nicht per se ungeeignet ist, die durch Aerosole ausgelösten Vorgänge in den Wolken zu erklären. "Es lassen sich eben nicht alle Wolkentypen und -zustände über einen Kamm scheren", sagt Stevens. Er fordert ein Umdenken in der Aerosol-Forschung und zieht einen Vergleich zur Krebsforschung: "Früher dachte man, es gebe einen Entstehungsmechanismus von Krebs. Heute weiß man, dass jede Krebsart für sich erforscht werden muss", sagt der Wissenschaftler.

Nach der Meinung von Stevens und Feingold müsse die Forschung zunächst herausfinden, in welchen Wolkensystemen Aerosole den größten Einfluss haben. Sie schlagen vor, mit besonders häufig vorkommenden Wolkenarten zu beginnen, etwa flache Kumulus-Wolken über den Ozeanen (Passatkumuli), die 40 Prozent der Weltmeere bedecken.

Ein Forschungsprojekt des Max-Planck-Institutes für Meteorologie und des Caribbean Institute for Meteorology and Hydrology in Miami soll hier einen Anfang machen. Die zweijährige empirische Feldstudie beginnt 2010 auf der in der Passatregion liegenden Karibikinsel Barbados. Auf deren windzugewandten Seite werden die Forscher Fernerkundungsinstrumente installieren, welche die vom offenen Ozean kommenden Wolken ins Visier nehmen. Ergänzt werden die Bodenmessungen durch Messungen in den Wolken selbst, die vom deutschen Forschungsflugzeug HALO vorgenommen werden. Die Daten aus der Messkampagne sollen helfen, die Beziehungen zwischen Wolkenbedeckung, Niederschlag, umgebenden meteorologischen Bedingungen und Aerosolen besser zu verstehen.

Originalpublikation
Bjorn Stevens, Graham Feingold
Untangling aerosol effects on clouds and precipitation in a buffered system
Nature, 1. Oktober 2009, Band 461, Seiten 607 - 613
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Dr. Annette Kirk, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel. +49 40 41173 - 374
annette.kirk@zmaw.de
Prof. Dr. Bjorn Stevens
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel: +49 40 41173 - 422
bjorn.stevens@zmaw.de

Dr. Felicitas von Aretin | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de
http://www.mpch-mainz.mpg.de/mpg/deutsch/pri0209.htm
http://www.mpimet.mpg.de/presse/pressemitteilungen/aerosole-wolken-niederschlag-und-klima-messkampgne-auf-barbados-geplant.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Neue Grundlagen für die Verbesserung von Klima-und Vegetationsmodellen
08.08.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

nachricht Kohlenstoff-Transporte ins Erdinnere: Bayreuther Forscher entdecken hochstabile Carbonat-Strukturen
01.08.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie