CLOUD - Künstlich Wolken im CERN (Foto: Pressestelle, CERN -)

Neue Erkenntnisse über Wolkenbildung CLOUD 9: Forscher erzeugen künstliche Wolke

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Wann regnet oder schneit es? Diese Frage ist bei der Wettervorhersage immer noch die unsicherste Komponente. Eine Versuchsanordnung in der sogenannten Cloud-Kammer des CERN, der Europäischen Kernforschungsanstalt in Genf, hat den Meteorologen und Klimaforschern nun mehr Fakten an die Hand gegeben. Im Cloud 9-Experiment konnten sie zeigen, dass Gase ganz entscheidend an der Bildung von Eiskristallen in Wolken beteiligt sind. Das wiederum lässt Rückschlüsse auf die Klimawirkung von Wolken zu. Denn Wolken mit Eiskristallen reflektieren das Sonnenlicht stärker, als Wolken ohne Eiskristalle.

"Cloud Number 9" ist in vielerlei Hinsicht eine besondere Wolke, denn sie entstand vor allem aus Partikeln, die ursprünglich ein Gas waren und sich erst in der Atmosphäre gebildet haben.

Ein Vorgang, der jetzt erstmals mit dem Experiment "Cloud Number 9" im Labor am CERN nachgestellt wurde und der in Klimamodellen bisher nicht berücksichtigt wird. "Cloud Number 9" existierte nur wenige Minuten.

CLOUD - Künstlich Wolken im CERN (Foto: Pressestelle, CERN -)
Zwischen einer halben Stunde und mehreren Stunden dauerte es, bis durch eine chemische Reaktion aus dem Gas Teilchen entstanden Pressestelle CERN -

Aber das sei nicht entscheidend, sagt Dr. Frank Stratmann, der Leiter des Wolkenlabors am Leibniz Institut für Troposphären Forschung in Leipzig. Entscheidend seien die Partikel, aus denen die Wolke entstanden ist.

Keime für Wolken

Damit eine Wolke entsteht, müssen in der Luft kleinste Partikel schweben. So genannte Wolkenkondensationskeime. Staub, Pollen, Bakterien. An denen kondensiert Wasser. Viele kleine Teilchen mit Wasser ergeben eine Wolke.

Die steigt nach oben und auf dem Weg in höhere Schichten gefriert das Wasser. Die Eistropfen werden größer und größer bis sie so schwer sind, dass sie aus der Wolke heraus fallen. Auf dem Weg nach unten tauen sie wieder auf und es regnet.

CLOUD - Wolkentank (Foto: Pressestelle, CERN -)
Der Wolkentank ist ein großer Tank, etwa 26 m³ Luft, aus Edelstahl, der 4 Meter Innendurchmesser besitzt Pressestelle CERN -

Manchmal sind sie so groß, dass es hagelt. Im Winter landen sie als Schnee auf der Erde. Die neue Art Partikel, mit der Wolke neun gewachsen ist, waren nicht von Anfang an da. Sie sind erst aus einem Gas in der Atmosphäre entstanden.

Gefrorene Wolken

Seit langem ist bekannt, dass dies möglich ist. Was sie Forscher nicht wussten: Dass diese Teilchen dann in der Atmosphäre auch am Gefrieren von Wolken beteiligt sind. Das war bis heute nicht klar.

Zwischen einer halben Stunde und mehreren Stunden dauerte es, bis durch eine chemische Reaktion aus dem Gas Teilchen entstanden. Als Testgas wählten die Forscher Alpha Pinen. Es entsteht in großen Mengen über Wäldern.

CLOUD - Versuchsanlage (Foto: Pressestelle, CERN -)
Erstmals wurde im Labor nachgestellt, wie aus einem Gas letztlich Eiskristalle in Wolken wachsen Pressestelle CERN -

66 Millionen Tonnen derartige Terpene gelangen über den Waldflächen im Jahr in die Atmosphäre, sagt Prof. Joachim Curtius, von der Johann Wolfgang Goethe-Universität in Frankfurt.

Wolke im Tank

Curtius geht davon aus, dass mehr als die Hälfte der Wolken-Partikel erst durch Gase in der Atmosphäre entstehen. Er erläutert, unter welchen Bedingungen "Cloud Number 9" entstand: Da ist ein großer Tank, ein 26 m³ Luft Tank, aus Edelstahl, der etwa 4 Meter Innendurchmesser besitzt.

In diese Cloud-Kammer kommt saubere Luft, Ozon und Alpha Pinen. Und dann musste man warten und etwas Wasserdampf hinzugeben. Am Ende schwebte Wolke neun im Metallbottich. Voll mit so genannten sekundären Partikeln, an denen erst Wasser kondensierte und später Eiskristalle wuchsen.

Aussstellungsansicht "Cloudscapes" im ZKM Karlsruhe (Foto: SWR, ZKM Karlsruhe - Harald Völkl, ZKM Karlsruhe)
Das ZKM in Karlsruhe zeigte zur Eröffnung der Globale eine Wolke in der Ausstellung "Cloudscapes" ZKM Karlsruhe - Harald Völkl, ZKM Karlsruhe

Erstmals wurde im Labor nachgestellt, wie aus einem Gas letztlich Eiskristalle in Wolken wachsen. Eine Sensation, denn bis heute werden diese in den Klimamodellen nicht berücksichtigt. Wolken sind auch im jüngsten Bericht des Weltklimarates IPCC der größte Unsicherheitsfaktor.

Die neuen Daten könnten die Vorhersagen stark verbessern. Ob die neuen Daten Wettermodelle und Regenvorhersagen verbessern, sei aber fraglich, meint Prof. Christoph Jacobi vom Institut für Meteorologie in Leipzig.

Für Regen oder Schneevorhersagen sei die neue Studie zwar wichtig, aber für genaue Vorhersagen müssten Meteorologen vor allem mehr über Luftströme wissen. In welche Richtung treibt eine Wolke, wann und wo wird sie abregnen?

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