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Das Wunder der Wolkenimpfung: Wie können kleine Partikel genutzt werden, um den Niederschlag zu verändern?
Angesichts der immer schwerwiegenderen Probleme des Klimawandels ist die Regulierung der Niederschläge immer wichtiger geworden. Unter ihnen erregen Wolkenkondensationskerne (CCN), kleine, aber wichtige Partikel, die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft und von Umweltschutzorganisationen. Diese winzigen Partikel mit einem Durchmesser von normalerweise nur 0,2 Mikrometern spielen eine Schlüsselrolle bei Wettersystemen und der Wolkenbildung. Wenn Wasserdampf auf der Oberfläche dieser Partikel kondensiert, bilden sich Wolkentröpfchen. Dieser Prozess hat tiefgreifende Auswirkungen auf die globalen Wettermuster und das Klima.
Wolkenkondensationskerne sind eine spezielle Art von Aerosolen. Wasserdampf muss auf einer nicht gasförmigen Oberfläche kondensieren. Dieser Prozess beeinflusst die Strahlungseigenschaften von Wolken und der Atmosphäre als Ganzes. Ohne CCN kann Wasserdampf stundenlang bei etwa -13 °C unterkühlt bleiben, bis sich spontan Wolkentröpfchen bilden.
Eigenschaften und Zusammensetzung von CCN
Der Durchmesser eines Wolkenkondensationskerns beträgt typischerweise weniger als ein Hundertstel des Durchmessers eines Wolkentröpfchens. Wolkentröpfchen haben einen Durchmesser von etwa 20 Mikrometer, während CCNs einen Durchmesser von etwa 0,1 Mikrometer haben. Die Anzahl dieser Partikel kann zwischen 100 und 1.000 pro Kubikzentimeter in der Luft liegen, was bedeutet, dass in Städten mit starkem Smog die CCN-Menge erheblich ansteigen kann. Die Partikel stammen aus unterschiedlichen Quellen, unter anderem Sand, Meersalz, Ruß und Sulfate, und ihre wasseranziehenden Eigenschaften variieren stark.
Beispielsweise ziehen Sulfat- und Meersalzpartikel leicht Wasser an, während dies bei Ruß und organischen Kohlenstoffverbindungen nicht der Fall ist. Dies führt dazu, dass die Fähigkeit verschiedener Partikelarten, Wolkentröpfchen zu bilden, sehr unterschiedlich ist und selbst in Gebieten mit niedrigen Temperaturen einige Partikel als Eiskeime wirken und die Wolkenbildung fördern können.
Aufbau und Herausforderungen der Wolkenimpfungstechnologie
Bei der Wolkenimpfung handelt es sich um eine Technik, mit der man künstlich Niederschlag erzeugen will. Dabei werden in der Regel kleine Partikel in die Luft eingespeist, um die Wolkenbildung anzuregen. Ob Salzsprühnebel aus der Luft oder – innovativere Methoden – der Abschuss von Sprengladungen mittels Thermallasern oder Drohnen – die Wirksamkeit dieser Methoden bleibt umstritten. Einige Studien haben gezeigt, dass Wolkenimpfungen den Niederschlag deutlich verändern können. Andere Studien haben jedoch betont, dass ihre Wirksamkeit nicht erwiesen sei. Darüber hinaus gibt es auch natürliche Prozesse, wie etwa die durch Waldbrände freigesetzten Partikel, die auf natürliche Weise zu CCN werden können.
Technologie zur Aufhellung von Ozeanwolken
Ein weiteres Konzept, das für viel Aufsehen gesorgt hat, ist die Marine Cloud Brightening (Aufhellung von Wolken durch Meeresströmungen), eine Klimatechnik, bei der die Reflektivität von Wolken durch Einbringen von Partikeln verbessert werden soll. Studien haben gezeigt, dass die Oberflächentemperaturen durch das Einbringen kleiner Meerwasserpartikel in die Wolken gesenkt werden können. Bei dieser Anwendung können sich das reaktive Chlor und Brom jedoch nachteilig auf die Molekülreaktionen in der Atmosphäre auswirken und dadurch die Ozonkonzentration senken und die globale Erwärmung verschärfen.
CCN und Klimaverbindung
Seit 1987 hat die Beziehung zwischen CCN und marinem Phytoplankton viele Diskussionen über Klimarückkopplungen ausgelöst. Studien haben gezeigt, dass Sulfataerosole im Ozean hauptsächlich aus Dimethylsulfid (DMS) stammen, das vom Phytoplankton im Meerwasser freigesetzt wird. Große Algenblüten können ungehindert in die Atmosphäre gelangen und so die Produktion von CCN fördern. Dieses Phänomen erzeugt eine negative Rückkopplungsschleife, die die Wolkenbildung fördert, die wiederum von der Temperatur beeinflusst wird. Dieser Prozess ist für die Beeinflussung des Klimas von besonderer Bedeutung, da er sonst den Treibhauseffekt verstärken könnte.
Auswirkungen vulkanischer AktivitätAuch Vulkanausbrüche sind eine wichtige CCN-Quelle, da sie große Mengen an Partikeln in die Atmosphäre freisetzen, die die Struktur und Art der Wolken beeinflussen können. Das bei dem Ausbruch freigesetzte Schwefeldioxid wird schließlich in Schwefelsäure umgewandelt und bildet feine Sulfataerosole, die nicht nur das Sonnenlicht reflektieren, sondern auch zu Veränderungen der globalen Temperaturen führen.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie wird unser Verständnis von CCNs nicht nur die Klimamodelle verbessern, sondern auch zu wirksameren Klimatechnik-Techniken führen. Ob durch Wolkenimpfung oder andere Methoden: Wie man diese kleinen Partikel nutzen kann, um den Niederschlag tatsächlich zu verändern, ist und bleibt ein wichtiges Thema, das Wissenschaftler weiterhin erforschen. Sind wir angesichts der Herausforderung des Klimawandels bereit, diesen natürlichen Wandel anzunehmen?
