Wolkenbildung durch eiskeimbildende Partikel weltweit

Eiskeimbildende Partikel und Wolkenbildung

Um Wolken zu bilden und letztlich Niederschlag zu ermöglichen, sind winzige Teilchen, sogenannte Aerosole, entscheidend. Manchmal kondensiert Wasser direkt an einem Aerosol, das als Wolkenkondensationskeim fungiert. In anderen Fällen wirken Aerosole als eiskeimbildende Partikel (INPs), was bedeutet, dass sie anstelle von Wassertröpfchen als Keim für winzige Eiskristalle dienen. INPs können Staub oder Bioaerosole wie Bakterien oder Pilzsporen sein, aber sie sind eine seltene Unterklasse dieser Aerosole mit besonderen Eigenschaften.

Trotz der Tatsache, dass nur wenige Aerosole als INPs fungieren können, wird der Großteil des globalen Niederschlags über den Weg der Eisnukleation gebildet. Daher ist dieser Prozess extrem wichtig für das Verständnis des Erdklimas. Leider ist die Beobachtung von INPs in der Atmosphäre sehr komplex und arbeitsintensiv. Infolgedessen gibt es große Wissenslücken, die ihre Verteilung, jahreszeitlichen Schwankungen und Quellen betreffen. Außerdem fehlen uns aussagekräftige Messungen in weitgehend unberührten Regionen. Daten aus solchen Gebieten könnten uns Aufschluss über vorindustrielle Bedingungen geben. Eine solche Referenzlinie ist unerlässlich, um die anthropogenen Auswirkungen auf INPs abzuschätzen und herauszufinden, wie sie durch den Klimawandel beeinflusst werden könnten.

Im Jahr 2016 erzeugten Wissenschaftler des Pacific Northwest National Laboratory Eiswolkenkristalle im Labor und nahmen dann Bilder des Prozesses durch ein Mikroskop auf, um die ersten Schritte der Wolkenbildung mit eisbildenden Partikeln zu visualisieren.

Um einige dieser Wissenslücken zu schließen, erstellten Jann Schrod und seine Co-Autoren eine Datenreihe von Langzeitmessungen von INPs. Sie sammelten fast zwei Jahre lang Daten an vier verschiedenen Standorten. Einer dieser Standorte war ATTO, der zumindest für einen Teil des Jahres als unberührt angesehen werden kann. Die anderen Standorte waren Martinique in der Karibik, das Taunusgebirge in Deutschland und die norwegische Arktis.

Ungelöste Rätsel

Die Ergebnisse überraschten die Forscher ein wenig. Das Team fand keine signifikanten Unterschiede in den INP-Konzentrationen der vier Standorte. Stattdessen lagen die Messwerte meist in der gleichen Größenordnung. Zudem konnten sie auch keine saisonalen oder überjährigen Trends feststellen. Kurzfristige Schwankungen dominierten an allen Standorten. Außerdem konnten sie keinen einzigen physikalischen oder chemischen Parameter identifizieren, der kontinuierlich mit den INPs co-variierte. Sie konnten auch keine Hinweise auf einen starken anthropogenen Einfluss auf die INP-Konzentration an den untersuchten Standorten finden, obwohl dies an städtischen Standorten anders sein könnte. Insgesamt ist es wichtig zu beachten, dass die Studie nur einen spezifischen Nukleationsmodus abdeckte und das Team nicht ausschließen kann, dass es Unterschiede und Trends gibt, die sie mit diesem spezifischen Ansatz nicht erfasst haben.

Abbildung aus Schrod et al. (2020). Dargestellt sind die Konzentrationen von eiskeimbildenden Partikeln (INP) an verschiedenen Orten über die zweijährige Messzeit.
Abbildung aus Schrod et al. (2020). Dargestellt sind die Konzentrationen von eiskeimbildenden Partikeln (INP) an verschiedenen Orten über die zweijährige Messzeit.

In ihrer neuen Studie konnten Jann Schrod und sein Team nicht alle Geheimnisse rund um die eiskeimbildenden Partikel entschlüsseln und stießen sogar auf einige weitere Fragen – etwas, das in der wissenschaftlichen Forschung häufig vorkommt. Entscheidend ist jedoch, dass ihre Ergebnisse die komplexe Natur der Eisnukleation unterstreichen. Durch die Erfassung dieses einzigartigen Datensatzes legten sie den Grundstein für weitere Studien. Sie betonen, wie wichtig es ist, mehr Langzeitdaten von globalen INPs an gut ausgestatteten Forschungsstationen zu sammeln, die mehr Aufschluss über diesen wichtigen Prozess geben könnten.

Schrod et al. veröffentlichten die Studie “Long-term deposition and condensation ice-nucleating particle measurements from four stations across the globe” Open Access in Atmos. Chem. Phys.

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