Geben Sie der oberen Atmosphäre Staub, und sie wird Zirruswolken bilden.

Lange Zeit war es ein Rätsel, was genau die Ursache für die Bildung von Zirruswolken ist, den zarten Eiswolken, die hoch am Himmel zu sehen sind. Neue Forschungsergebnisse, die in der Ausgabe vom 9. Mai in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurden, zeigen jedoch, dass die Wolken an ganz bestimmten Mineral- und Metallpartikeln hoch in der Atmosphäre kondensieren und gefrieren, also nukleieren. Das macht Zirruswolken so einzigartig: Die meisten anderen Wolken bilden sich in erster Linie durch Kondensation an organischen Partikeln, sagte Studienautor Dan Cziczo, ein Atmosphärenchemiker am Massachusetts Institute of Technology.

Es ist wichtig zu wissen, wie sich diese Wolken bilden, da sie zu jeder Zeit bis zu 30 Prozent der Erdatmosphäre bedecken können und einen großen Einfluss auf das Klima haben, sagte Cziczo gegenüber OurAmazingPlanet.

Wolken und Klima

In der Tat haben Wolken einen etwa zehnmal größeren Einfluss auf das Klima als die vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen, sagte Brian Toon, ein Forscher an der University of Colorado in Boulder, der nicht an der Studie beteiligt war. „Die größte Unsicherheit beim Verständnis des Klimawandels ist das Verständnis der Wolken, da sie so viel wichtiger sind“, sagte er.

Die neue Studie zeigt jedoch, dass der Mensch die Bildung von Zirruswolken tatsächlich beeinflusst (so wie der Klimawandel die Wolkenbildung beeinflusst und umgekehrt, und zwar auf wenig verstandene Weise), indem er Proben von den Eiskristallen nimmt, aus denen die Wolken bestehen, und feststellt, auf welchen Partikeln sie sich bilden. Obwohl mineralische Partikel schon immer ihren Weg in die obere Atmosphäre gefunden haben, wo sich die Zirruswolken aufhalten, hat der Mensch die Menge an Mineralstaub, die dort ankommt, durch Landnutzungsänderungen wie Abholzung und Bebauung erhöht, so Toon. Cziczo schätzt, dass der Gehalt an diesen Mineralien seit Beginn der Industrialisierung um etwa 50 Prozent zugenommen hat. Metallische Partikel werden auch vom Menschen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und andere industrielle Aktivitäten eingebracht, sagte er.

Aber wie wirkt sich dies auf die Menge oder Größe der Zirruswolken aus? Es ist noch zu früh, um das zu sagen, sagte Cziczo, aber die Daten aus der Studie werden helfen, Computermodelle des Klimawandels zu verbessern. Toon sagte, dass mehr vom Menschen aufgewirbelte Mineralpartikel zu mehr Zirruswolken führen könnten, obwohl es viele andere Faktoren gibt, die die Situation komplizierter machen.

Es ist auch unklar, wie Zirruswolken das Klima beeinflussen könnten. Je nach ihrer Position in der Atmosphäre können sie entweder zur Abkühlung der Erde beitragen oder sie erwärmen. Anders als Flüssigwasserwolken, die im Allgemeinen die Erde abkühlen, indem sie das Sonnenlicht reflektieren, können Eiswolken zur Erwärmung beitragen, indem sie die reflektierte Wärme absorbieren, so Toon.

Teilchenmann

Zirruswolken sind insofern einzigartig, als sie aus Eiskristallen bestehen, während die meisten anderen Wolken kondensierte Tröpfchen aus flüssigem Wasser enthalten. Wenn die meisten Menschen an Wolken denken, stellen sie sich diese Flüssigwasserwolken vor, die näher an der Erdoberfläche existieren und für Regenstürme und andere Wetterphänomene verantwortlich sind, so Cziczo.

Wie alle Wolken brauchen auch Wasserwolken Teilchen, auf denen sie kondensieren können. Jüngste Forschungen haben gezeigt, dass sich diese Wolken auf in der Luft befindlichen Mikroben, Sulfaten (von Vulkanen und menschlichen Aktivitäten emittierte Chemikalien) und anderen organischen Materialien bilden können, so Cziczo. Wie diese Studie zeigt, benötigen Zirruswolken jedoch ganz bestimmte Partikel, um sich zu bilden und zu gefrieren.

Die Analyse von Chemikalien in hoch gelegenen Eiskristallen ist keine leichte Aufgabe. Zu diesem Zweck nutzten Cziczo und seine Kollegen in Zusammenarbeit mit der NASA zwei ihrer Forschungsflugzeuge. In der Luft setzten sie ein Gerät ein, das als virtueller Gegenstromimpaktor bezeichnet wird. Dieses Gerät funktioniert wie ein Haartrockner, so Cziczo.

„Durch den Einlass strömt Gas an der Vorderseite des Flugzeugs aus. Das hält die kleinen Partikel auf, die wir nicht untersuchen wollen, und lässt nur die großen Eiskristalle durch“, erklärt er. „Man kann sich das so vorstellen: Wenn man einen Pingpong-Ball auf einen Haartrockner fallen lässt, hält der Luftstrom den Pingpong-Ball auf. Aber wenn man eine Bowlingkugel auf den Fön fallen lässt, hat das keine Auswirkungen. Das Gleiche gilt für Partikel und Eiskristalle.“

Die warme Luft ließ das Eis schmelzen, und die Forscher analysierten die Partikel mit Hilfe eines Massenspektrometers, den sie mit ins Flugzeug nahmen, so Cziczo.

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