Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Menschlicher und natürlicher Einfluss auf Wolkenbildung berechnet

28.10.2016

Forscher haben die Ergebnisse des CLOUD-Experiments, das die Entstehung von Wolken und ihren Einfluss auf das Klima erforscht, erstmals genutzt, um zu modellieren, wie Aerosolpartikeln in allen Regionen der Erde in verschiedenen atmosphärischen Höhen entstehen. Die in der Fachzeitschrift „Science“ publizierte Studie unter Beteiligung von Forschern der Goethe-Universität entschlüsselt die Rolle der verschiedenen chemischen Systeme, die für die Partikelbildung verantwortlich sind. Die Forscher ermittelten außerdem den Einfluss von Ionen, die durch kosmische Strahlung entstehen.

Wenn neue Partikel in der Atmosphäre entstehen, beeinflusst das die Wolkenbildung und damit auch das Klima. Im CLOUD-Experiment am CERN werden die komplexen Prozesse seit einigen Jahren in einem großen Luftbehälter nachgestellt. Forscher haben die Ergebnisse nun erstmals genutzt, um die Entstehung von Aerosolpartikeln in allen Regionen der Erde und in verschiedenen Höhen zu berechnen.

Die in der Fachzeitschrift „Science“ publizierte Studie unter Beteiligung von Forschern der Goethe-Universität entschlüsselt die Rolle der verschiedenen chemischen Systeme, die für die Partikelbildung verantwortlich sind. Sie ermittelten außerdem den Einfluss von Ionen, die durch kosmische Strahlung entstehen.

Rußpartikel, aufgewirbelter Staub oder Gischt machen nur einen Teil der Partikel in der Atmosphäre aus. Andere entstehen erst aus bestimmten Spurengasen, beispielsweise wenn sich einzelne Schwefelsäure- und Wassermoleküle zu winzigen Tröpfchen zusammenlagern. Diese Partikelneubildung wird Nukleation genannt. Wolken bilden sich, indem das Wasser an den größeren Aerosolpartikeln kondensiert.

Je mehr Wolkentröpfchen entstehen, desto mehr Sonnenlicht wird ins Weltall zurück reflektiert. Klimamodelle zeigen, dass durch die zusätzlichen vom Menschen verursachten Partikel ein kühlender Effekt entsteht, der den Treibhauseffekt teilweise kompensiert. Jedoch ist dieser geringer, als bisher angenommen.

Aerosolpartikel durch Schwefelsäure- und Ammoniak-Emissionen

Die in „Science“ vorgestellten Modellrechnungen belegen, dass etwa die Hälfte der Kondensationskeime in der Atmosphäre durch Nukleation entsteht. In der heutigen Atmosphäre wird die Partikelbildung fast überall durch Mechanismen dominiert, bei denen mindestens drei chemische Komponenten zusammenkommen müssen: neben den beiden Grundsubstanzen Schwefelsäure und Wasser sind dies entweder Ammoniak oder bestimmte organische Verbindungen wie Oxidationsprodukte von Terpenen. Nahe am Erdboden sind die organischen Substanzen aus natürlichen Quellen wichtig, weiter oben in der Troposphäre spielt Ammoniak eine Hauptrolle. Die Ammoniak- und auch die Schwefelemissionen haben in den vergangenen Jahrzehnten durch menschlichen Einfluss stark zugenommen.

Kaum Klimaeinflüsse durch Sonnenzyklen

CLOUD hat ebenfalls untersucht, wie der 11-Jahres-Sonnenzyklus die Bildung von Aerosolpartikeln in der heutigen Atmosphäre beeinflusst. Die Modellrechnungen zeigen, dass die Effekte durch Veränderungen der Ionisation durch die Sonne zu klein sind, um einen deutlichen Beitrag zur Wolkenbildung zu leisten. Obwohl die Ionen ursprünglich an der Entstehung von fast einem Drittel aller neugebildeten Partikel beteiligt sind, ändert sich die Konzentration der großen Wolkenkondensationskeime im Laufe des 11-Jahreszyklus nur um 0,1 Prozent – zu wenig um nennenswerte Einflüsse auf das Klima zu verursachen.

Kühlende Effekte 27 Prozent geringer als erwartet

Auch zur Aerosolbildung, die ohne die Beteiligung von Schwefelsäure allein durch schwerflüchtige Substanzen biologischen Ursprungs verursacht wird, hat das CLOUD-Team jetzt erste globale Modellrechnungen vorgelegt (Gordon et al., PNAS). Dieser Prozess hat demnach insbesondere in der vorindustriellen Atmosphäre stark zur Partikelbildung beigetragen, da damals wesentlich weniger Schwefelkomponenten in die Atmosphäre gelangten. Die Menge der Partikel in der vorindustriellen Atmosphäre wird durch den zusätzlichen Prozess nun deutlich größer eingeschätzt als nach früheren Berechnungen. Die Modellrechnungen, die auf den Daten aus dem CLOUD-Experiment beruhen, ergeben, dass die kühlenden Wolkeneffekte durch zusätzliche vom Menschen gemachte Partikel um 27 Prozent kleiner ausfallen als in Klimasimulationen ohne diesen Effekt: Statt einer Abkühlung in Höhe von 0,82 W/m2 ergeben sich nun nur noch -0,60 W/m2.

E.M. Dunne, et al., 2016: Global particle formation from CERN CLOUD measurements, Science First Release, doi: 10.1126/science.aaf2649

Dieser Artikel erscheint online via First Release im Journal Science am Donnerstag, 27. Oktober 2016. http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aaf2649

H. Gordon, et al., 2016: Reduced anthropogenic aerosol radiative forcing caused by biogenic new particle formation, PNAS, 113 (43) 12053-12058; published ahead of print October 10, 2016, doi:10.1073/pnas.1602360113
http://www.pnas.org/content/113/43/12053.abstract

Informationen: Prof. Dr. Joachim Curtius, Institut für Atmosphäre und Umwelt, Campus Riedberg, Tel.: (069)798-40258, curtius@iau.uni-frankfurt.de

Dr. Anne Hardy | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-frankfurt.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät
21.09.2017 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

nachricht Der Salzwasser-Wächter auf der Darßer Schwelle
19.09.2017 | Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie