Wie Salz im Regenwald zu Wolken wird

Im Ökosystem Regenwald sind Pilze und Pflanzen wichtige Partner bei der Entstehung von Nebel und Wolken: Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie haben jetzt herausgefunden, dass sie Salzpartikel freisetzen, an denen sich organische Moleküle anlagern.

So bilden sich Kondensationskerne, an denen die Luftfeuchte des Regenwalds zu Wassertropfen kondensiert. Die Entdeckung gelang mit Hilfe einer neuen Methode, in der einzelne Partikel mit Röntgenstrahlen durchleuchtet und mikroskopisch sowie spektroskopisch analysiert werden.

Nebel und Wolken entstehen, wenn die Luft feine Partikel enthält, an denen Feuchtigkeit kondensiert. Auch im natürlichen Regenwald bilden sich Nebel, Wolken und Niederschlag an solchen Aerosolpartikeln.

Bisher nahm man an, dass die meisten Aerosolpartikel über dem Amazonas-Regenwald aus rein organischem Material bestehen und durch chemische Reaktionen von Gasmolekülen in der Atmosphäre gebildet werden. Dabei werden leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe wie Isopren von Pflanzen freigesetzt und anschließend durch photochemische Oxidantien in schwerflüchtige organische Moleküle umgewandelt, die sich aneinander anlagern und so Aerosolpartikel bilden.

An Kaliumsalze lagern sich organische Moleküle an

Forscher um Meinrat O. Andreae und Ulrich Pöschl am Max-Planck-Institut für Chemie haben nun herausgefunden, dass an der Aerosolbildung nicht nur organische Moleküle, sondern auch feinste Kaliumsalzpartikel beteiligt sind. Sie werden hauptsächlich von Pilzen, aber auch von Pflanzen im Regenwald freigesetzt und dienen als Kondensationskerne, an die sich die organischen Moleküle anlagern können. Pilze und Pflanzen nehmen also direkten Einfluss auf die Anzahl und die Eigenschaften von Aerosolpartikeln in der Luft und somit auch auf die Bildung und Zusammensetzung von Nebel, Wolken und Niederschlag im Regenwald.

Die Entdeckung gelang Christopher Pöhlker im Rahmen seiner Doktorarbeit am Max-Planck-Graduate Center mit Hilfe einer neuen Aerosol-Analysenmethode: die sogenannte Raster-Transmissionsröntgenmikroskopie mit Nahkanten-Feinstruktur-Röntgenabsorptionsspektroskopie (STXM-NEXAFS). In Zusammenarbeit mit Kollegen aus Deutschland, Brasilien, Indien und USA nutzte er Röntgenmikroskope an den Synchrotron-Lichtquellen des Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien und des Helmholtz-Zentrums in Berlin (BESSY II) und konnte damit kleinste Mengen von Kalium in organischen Aerosolpartikeln feststellen, die im brasilianischen Regenwald nördlich von Manaus auf Luftfiltern und hauchdünnen Plättchen gesammelt worden waren.

Woher kommen organische Aerosolpartikel in welchen Mengen

„Wir haben drei Arten organischer Aerosolpartikel gefunden, und in allen waren Kaliumsalze enthalten“, berichtet Christopher Pöhlker. „Anfänglich hatten wir uns auf den Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffgehalt des organischen Materials konzentriert. Aber dann fanden wir zu unserer Überraschung auch sehr hohe Kaliumgehalte von bis zu 20 Prozent“, fügt der Chemiker hinzu. Innere Strukturen in den nanometer- bis mikrometergroßen Partikeln weisen darauf hin, dass bei der Oxidation und Kondensation der organischen Gasmoleküle auch sogenannte Multiphasen-Prozesse eine wichtige Rolle spielen, bei denen unterschiedliche chemische Phasen wie Nebel- bzw. Wolkenwasser und gelartige organische Substanzen beteiligt sind.

Die Ergebnisse helfen, die Quellen organischer Aerosolpartikel zu identifizieren und zu quantifizieren. Das wiederum ist wichtig, um ihre Wechselwirkungen mit Wolken und Niederschlag im natürlichen Klimasystem zu verstehen. Die Forscher hoffen, dadurch zukünftig auch den Einfluss menschlicher Aktivitäten auf den globalen Klimawandel besser abschätzen zu können.

SB/NW

Originalveröffentlichung

Christopher Pöhlker, Kenia T. Wiedemann, Bärbel Sinha, Manabu Shiraiwa, Sachin S. Gunthe, Mackenzie Smith, Hang Su, Paulo Artaxo, Qi Chen, Yafang Cheng, Wolfgang Elbert, Mary K. Gilles, Arthur L. D. Kilcoyne, Ryan C. Moffet, Markus Weigand, Scot T. Martin, Ulrich Pöschl, Meinrat O. Andreae

Biogenic potassium salt particles as seeds for secondary organic aerosol in the Amazon