Menschliche Auswirkungen auf Wolken grenzenlos

26.06.2014 (10:10) von | Kategorie: W & W
Eine Forschungsstudie des Weizman Instituts zeigt in Echtzeit die Auswirkungen atmosphärischer Partikel auf Wolkenformationen. (© Matthias Hinrichsen)

Eine Forschungsstudie des Weizman Instituts zeigt in Echtzeit die Auswirkungen atmosphärischer Partikel auf Wolkenformationen. (© Matthias Hinrichsen)

REHOVOT (wi) – Eine Forschungsstudie des Weizman Instituts wurde jetzt der Öffentlichkeit vorgestellt, die in Echtzeit die Auswirkungen atmosphärischer Partikel auf Wolkenformationen zeigt. Es war nach Aussage des Instituts eine schwierige Aufgabe, ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Wolken auf das Klima zu erlangen. Was kontrolliert den Aufbau niedriger Wolkenformationen, die die Atmosphäre abkühlen, oder wie entstehen hohe Wolkenformationen, welche die Hitze unter sich einfangen? Wie verändert die Aktivität des Menschen die Wolkenformationen?

Die Forschungsarbeit von Prof. Ilan Koren vom Weizmann Institut suggeriert, dass Menschen möglicherweise einen Anstoß für die Wolkenformation geben und bestimmen, in welcher Gegend und welcher Höhe sie entstehen. Mit seinem Team hat er einen einzigartigen Typ von Wolkenformation analysiert und diese Ergebnisse, die kürzlich in der Zeitschrift “Science” veröffentlicht wurden, zeigen, dass im Vergleich zu heute in vorindustrieller Zeit weniger Wolkendecken in Regionen über unberührten Ozeanen entstanden.

Zur Wolkenbildung werden kleine Partikel, sogenannte Aerosole, benötigt, die in der Atmosphäre nach oben steigen. Diese Aerosole – natürliche Aerosole wie Meersalz oder Staub oder vom Menschen geschaffene Aerosole wie Ruß – lassen Nuklei entstehen, um die sich kondensierte Wolkentröpfchen bilden. In verhältnismäßig sauberen Atmosphären wachsen Wolken entsprechend der vorhandenen Aerosole: Sie sind der Grenzfaktor bei der Wolkenformation.

Es stellt sich die Frage: Überschreiten die derzeit vorhandenen Aerosole vielleicht schon die Grenze? Vielleicht haben demnach weitere Partikel keine bedeutende Auswirkung auf die Wolkenformation? Oder stellen sie bei steigender Umweltverschmutzung nach wie vor einen Grenzfaktor dar und haben Aerosole daher weiterhin Einfluss auf die Wolkenentstehung? Ein von Koren und seinem Team entwickeltes Modell zeigte wie ein Aerosolanstieg selbst in ziemlich verschmutzter Umgebung höhere und größere Wolken mit stärkerem Regen entstehen lassen. Aber eine Erprobung dieses Modells war schwierig: Experimente mit Wolken oder Versuche der Isolierung diverser Faktoren im Zusammenhang mit ihrer Formation in Echtzeit sind ein äußerst schwieriges Unterfangen.

Koren, Forschungsstudent Guy Dagan und Dr. Orit Altaratz aus dem Fachbereich Erd- und Planetenwissenschaften wandten sich einem sehr ungewöhnlichen Ort zu, um ihr Modell zu testen: in der Nähe von Rossbreiten. Hierbei handelt es sich um subtropische Regionen weit draußen in den Ozeanen, die in der Vergangenheit von Seeleuten gemieden wurden, weil die nötigen Winde zum Segeln dort einfach über Wochen ausblieben. Hier konnten die Wissenschaftler die grundlegende Physik ihres Modells testen: eine atmosphärische Region, die von genau definierten meteorologischen Bedingungen kontrolliert wird, eine zumeist noch unberührte oder von manchmal nur sehr wenigen Aerosolen durchsetzte Gegend. Wenn sich das Modell als korrekt erweist, sollte es einen ziemlich dramatischen Übergang von einem zum anderen Zustand ergeben. Das Forschungsteam wollte seine Theorie an Wolken testen, die sich in dieser Region bilden, also an warmen konvektiven Wolken, die von der Feuchtigkeit des Ozeans aufgeladen werden.

Ohne andere potenzielle Faktoren wie Wind, große Temperaturumschwünge und Landformationen berücksichtigen zu müssen, konnte sich das Team auf die Aerosole konzentrieren und tägliche Satellitenaufnahmen der Wolkendecken vergleichen und Messungen der Aerosolladungen mit den Vorhersagen des Modells messen. Unter Einsatz verschiedener Typen von Analysen fanden sie heraus, dass ihr Modell mit den Satellitenbeobachtungen ziemlich genau übereinstimmte.

Danach befassten sie sich noch mit einer anderen Datenquelle: von den wissenschaftlichen Instrumenten des Clouds and the Earth’s Radiant Energy Systems (CERES), welche die Solar-Strahlung messen, die von der Erdatmosphäre reflektiert wurde und die Strahlung, die von der gesamten Erdatmosphäre abgestrahlt wird, um den Wissenschaftlern zu helfen, die Klimaveränderungen über einen gewissen Zeitraum zu verstehen. Als sie dies mit der Aerosolladung in derselben Region zur selben Zeit verglichen und analysierten, zeigte sich, wie Koren sagte, eine „vorbildliche Demonstration des Invigorationseffekts“ durch zusätzliche Aerosole in den Wolken. Also passten die Strahlungsdaten genau zu der einzigartigen Form der Wolken, die stetig höher stiegen und größer wurden. Solche Wolken bewirken eine deutlich zunehmende Abkühlung, die sich in kurzen Wellen zeigt, aber dieser Effekt wird durch angereicherte, eingefangene langwellige Strahlung von unterhalb wieder aufgehoben.

In mindestens einem der Ozeane wären vor der Industrialisierung die Wolkenformationen deutlich anders als heute ausgefallen. Damit zeigt sich, dass die Aerosole, die wir in die Atmosphäre abgeben, eine bedeutende Auswirkung auf globale Muster der Wolken- und Regenformation haben.

Koren: „Wir haben zeigen können, dass konvektive Wolken keinen Aerosol-Grenzfaktor haben, denn in besonders verschmutzter Umgebung steigt die Aerosol-Aufladung weiterhin an und bewirkt ein weiteres Aufsteigen und weiteres Vergrößern der Wolken und ihre Regenmengen nehmen zu. Je größer die Region, welche die Wolke abdeckt, desto mehr kurzwellige Strahlung wird reflektiert, aber je höher die Wolken steigen, desto deutlicher wird der Gewächshauseffekt, der die kühlende Wirkung um etwa die Hälfte abschwächt.“

(Weizmann Institut)

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