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Kleine Teilchen führen zu helleren Wolken in den Tropen

17.10.2019

Neue Erkenntnisse zu Prozessen, die Wolkeneigenschaften verändern, könnten Klimamodelle verbessern

Hellere Wolken beeinflussen unser Klima. Sie reflektieren mehr Sonnenenergie und das wiederum kühlt die Atmosphäre. Aufsteigende tropische Luftmassen transportieren Gase in die obere Atmosphäre, die dort winzige Partikel bilden und einen Prozess ins Rollen bringen, der letzten Endes Wolken aufhellen kann.


Konvektive Wolken in den Tropen von der DC8 aus fotografiert.

© Maximilian Dollner


Das Cloud, Aerosol, and Precipitation Spectrometer (CAPS) der Universität Wien war während ATom unter dem rechten Tragflügel des NASA-Forschungsflugzeuges DC8 montiert.

© Bernadett Weinzierl

Diesen Vorgang hat ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung von AerosolphysikerInnen um Bernadett Weinzierl von der Universität Wien untersucht und publiziert dazu aktuell in der Fachzeitschrift "Nature". Mit den neuen Daten könnten künftig Klimamodelle verbessert werden.

Die WissenschafterInnen u.a. von CIRES (Cooperative Institute for Research In Environmental Sciences), der University of Colorado, der NOAA (US National Oceanic and Atmospheric Administration), der NASA und der Universität Wien untersuchten die Partikelneubildung in den Tropen über dem Pazifik und Atlantik. Ihre Modellrechnungen ergeben ein globales Band an Partikelneubildung, welches 40 Prozent der Erdoberfläche abdeckt.

Die WissenschaftlerInnen fanden heraus, dass hochreichende Wolken in den Tropen Gase in hohe Höhen transportieren. Dort entsteht aus diesen Gasen eine Vielzahl von sehr kleinen Aerosolpartikeln – dieser Prozess wird Gas-zu-Partikel-Konversion genannt.

"Unsere Messungen zeigen, dass diese winzigen Partikel überleben, mit der Zeit anwachsen und schlussendlich groß genug werden, um als Wolkenkondensationskeime zu dienen", erklärt Agnieszka Kupc von der Universität Wien.

Bei diesem Vorgang sinkt die Luft außerhalb der Wolken Richtung Boden ab. Die neu gebildeten Partikel wachsen dabei an, da Gase auf den Partikeln kondensieren sowie Partikel zusammenkleben und dabei weniger, aber größere Partikel bilden.

Einige dieser Partikel werden groß genug, um die Eigenschaften der Wolken in der unteren Troposphäre zu verändern. An Orten mit sauberer Luft, wo nur sehr wenig Partikel aus anderen Quellen existieren, ist der Effekt der Partikelneubildung größer.

In ihrer Studie zeigen die WissenschaftlerInnen, dass diese Partikel die Wolken in den Tropen aufhellen. "Das ist sehr wichtig, denn hellere Wolken reflektieren mehr Sonnenenergie zurück in den Weltraum und das wiederum beeinflusst den kühlenden Beitrag dieser Wolken auf das Klima", so Bernadett Weinzierl.

In 26 Tagen um die Welt

Die MitarbeiterInnen der Gruppe Aerosolphysik und Umweltphysik an der Universität Wien waren Teil des internationalen und fachübergreifenden Forschungsteams, das herausfand, wo und wie diese winzigen Partikel entstehen.

"Zusammen mit Kollegen der Harvard University, von NASA, NOAA und weiteren US-Institutionen nahmen wir an der 'Atmospheric Tomography Mission' (ATom) teil – eine der umfassendsten Flugzeugmesskampagnen, bei der die Atmosphäre von der Arktis bis zur Antarktis im Pazifik und Atlantik in einem Zeitraum von drei Jahren untersucht wurde", beschreibt die Aerosolphysikerin Weinzierl.

Die ForscherInnen flogen mit einem NASA-Forschungsflugzeug insgesamt vier Mal (in allen vier Jahreszeiten) über den Atlantik und Pazifik von Pol zu Pol. Dabei erhoben sie Daten innerhalb einer jeweils 26-tägigen Messphase. "Wir flogen zwischen knapp über dem Meeresspiegel und einer Höhe von rund 12 Kilometern kontinuierlich hinauf und hinunter, wobei wir in allen Höhen Partikel und Gase gemessen haben", berichtet Agnieszka Kupc.

"Das Flugzeug war mit modernsten Messinstrumenten ausgestattet – sozusagen ein fliegendes Labor. Das ermöglichte uns einen einzigartigen Datensatz zu sammeln, der vielen WissenschaftlerInnen erlaubt, Aerosolpartikel und Gase zu charakterisieren und ihre Verteilung in der Atmosphäre zu untersuchen", so Doktorand Maximilian Dollner.

Bessere Klimamodelle

"Das Verständnis, wie sich diese winzigen Partikel in den Tropen bilden und zu den Wolkeneigenschaften beitragen, hilft uns, Wolken besser in Klimamodellen darzustellen und die Klimamodelle weiterzuentwickeln", sagt die Hauptautorin Christina Williamson von der NOAA Chemical Sciences Division.

Der Einfluss von Aerosolen auf Wolken und die Strahlungsbilanz ist immer noch eine der größten Unsicherheiten in Klimamodellen. "Unsere Forschung ist ein wichtiger Schritt hin zu einer besseren Darstellung von Aerosolen und Wolken in Klimamodellen und so auch zu einem besseren Verständnis der Aerosol-Wolken-Klima-Wechselwirkungen", schließt Bernadett Weinzierl.

Publikation in Nature:
A large source of cloud condensation nuclei from new particle formation in the tropics: Christina J. Williamson et. al.
DOI: 10.1038/s41586-019-1638-9

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Univ.-Prof. Dr. Bernadett Weinzierl
Faculty of Physics
Aerosol and Environmental Physics Group
University of Vienna
A-1090 Wien, Boltzmanngasse 5
T +43-1-4277-73412
bernadett.weinzierl@univie.ac.at

Originalpublikation:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1638-9

Stephan Brodicky | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at/

Weitere Berichte zu: Atmosphäre Gase Klimamodelle NASA NOAA Partikel Sonnenenergie Tropen klima

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