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Wolkenforschung im Windkanal

13.12.2016, von , in Karte anzeigen

Reporterin Silke Schmidt-Thrö testet mit ihrer Hand den Windkanal (Foto: BR)

Reporterin Silke Schmidt-Thrö testet mit ihrer Hand den Windkanal

Eigentlich sind sie nur eine riesige Ansammlung von winzigen flüssigen und gefrorenen Wassertröpfchen: Wolken. Aber sie sind entscheidend für unser Klima. Sie reflektieren Strahlung aus der Atmosphäre, und beeinflussen so den Wärmehaushalt der Erde. Und die gefrorenen Teilchen können wieder zu Niederschlag werden. An der Universität Mainz untersucht Miklós Szakáll die Eisbildung in den Wolken. Und dafür braucht er nicht nur die richtigen Zutaten, sondern auch die richtige Maschine.


Sie bestehen aus Millionen winziger flüssiger oder gefrorener Tröpfchen und sind nicht nur für Wetterprognosen wichtig: Wolken. Aber unser Verständnis von ihrem Innenleben ist noch gering, etwa unter welchen Bedingungen Eis entsteht.

Der Physiker Miklós Szakáll untersucht die Bildung von Eiskristallen im Windkanal. (Foto: BR)

Der Physiker Miklós Szakáll untersucht die Bildung von Eiskristallen im Windkanal.

Der Forscher Miklós Szakáll bringt deshalb ein winziges Stück Wolke ins Labor. Im Windkanal lässt er schmutzige Wassertropfen mit Spezialzutat gefrieren. Wer seine Hand in den verglasten senkrechten Kanal hält, spürt einen kalten Windzug. Der Aufstrom im Windkanal wird für die Gefrierexperimente schon abgekühlt. Viel Platz bleibt nicht. Für das Testobjekt reicht es: einzelne Wolkentropfen. Am Institut für Physik der Atmosphäre der Johannes Gutenberg-Universität Mainz untersucht Miklós Szakáll die Eisbildung in Wolken. Dieses Eis ist wichtig für unser Wetter: Denn, wenn viele Eispartikel groß genug sind, fallen sie als Niederschlag auf die Erde. Ohne eine besondere Zutat gefrieren Tropfen aber nicht: Staub.

 

Schmutzige Wolkentropfen gefrieren schneller

Nur eine winzige Menge von Feldspat ist in der Wasserprobe, die in den Windkanal gespritzt wird. (Foto: BR)

Nur eine winzige Menge von Feldspat ist in der Wasserprobe, die in den Windkanal gespritzt wird.

Verschiedene Arten von Staubteilchen, „Aerosolen“, wie Pollen, Bakterien und Mineralstaub schweben in der Luft. An ihnen kondensiert Wasserdampf in der Atmosphäre erst zu Tropfen. Und durch sie als Eiskeime gefrieren die schmutzigen Tropfen schneller als reines Wasser. Aber bei welcher Temperatur genau, das hängt von der Art der Teilchen, der besonderen Zutat ab.

Die besondere Zutat „Feldspat“

Für den heutigen Test mischt Mklós Szakáll Wasser mit „Feldspat“, einer Art Mineralstaub und spritzt Tröpfchen über eine Kanüle in den Kanal. Mit einer kleinen Kurbel kontrolliert er ständig die Windstärke, so dass ein Tropfen schwebt.
Kaum erkennbar ist er, doch ob der Tropfen gefriert, muss der Forscher mit bloßem Auge erkennen. Dann wird er undurchsichtig, tanzt und fliegt nach oben. Nach etwa 50 Versuchen, weiß Szakall die Gefrierwahrscheinlichkeit bei -13,6 Grad.

Muskelkater wegen der Drehbewegung an dem Rad inklusive - Miklós Szakáll an seinem Arbeitsplatz.  (Foto: BR)

Muskelkater wegen der Drehbewegung an dem Rad inklusive – Miklós Szakáll an seinem Arbeitsplatz.

Bis das Wolkeninnenleben aber entschlüsselt ist, wird Miklós Szakáll noch viele Testreihen benötigen, denn sogar wie der Wolkentropfen gefriert – bei der Berührung mit dem Staubteilchen oder eben als schmutziger Wassertropfen – macht einen Unterschied.

In der INUIT-Forschergruppe baut Szakáll mit seinen Kollegen eine Datenbank von Eiskeimen und ihren Eigenschaften auf. Mit den Messungen können Wissenschaftler das Wolkeninnere besser berechnen. Und das ist nicht nur ein Vorteil bei der Regenprognose, sondern auch wichtig für unser Klima. Denn Wolken reflektieren mit Eispartikeln Sonnenstrahlung, und beeinflussen so den Wärmehaushalt der Erde.

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