Blick in die Polarwolken

Stratosphärenwolken und Ballongondel

Bildbeschreibung:
Abb. unten rechts: Ballongondel auf dem Startplatz in Kiruna/Schweden am 25. Januar 2000 mit Instrumenten aus fünf Ländern zur Untersuchung von Stratosphärenwolken (Abb. oben). Mit dem vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik entwickelten Teilchenanalysator haben die Wissenschaftler zum ersten Mal Salpetersäure-Trihydrate in mehr als 20 Kilometern Höhe nachgewiesen. Diese Kristalle sind eine Schlüsselsubstanz in der chemischen Reaktionskette, die zum Abbau von Ozon in der Atmosphäre führt.

Trotz ihrer großen Bedeutung für die Ozonchemie der polaren Stratosphäre gibt es bisher kaum chemische Analysen dieser Polarwolken. Dabei sind ihre Zusammensetzung und ihre Phase - ob flüssig oder fest - entscheidend für die Aktivierung von Chlorverbindungen. Allerdings ist der chemische Nachweis extrem schwierig: Die Teilchen in den Polarwolken reagieren äußerst empfindlich auf ihre Umgebungstemperatur. Sie können ihre Zusammensetzung verändern, wenn sie von einem Messinstrument erfasst werden.

Eine Ballongondel mit Instrumenten europäischer und amerikanischer Wissenschaftler ist am 25. Januar 2000 vom schwedischen Kiruna aus zur intensiven Untersuchung von Polarwolken in die Stratosphäre aufgestiegen. In 20 bis 23 Kilometern Höhe wurden mehrfach Polarwolken durchkreuzt. Das zentrale Experiment war ein am Max-Planck-Institut für Kernphysik gebauter Teilchenanalysator, der eine chemische Analyse der fragilen Partikel ermöglicht. In den Tagen vor dem Ballonflug hatte sich über Nordskandinavien eine Kaltzone entwickelt, die zur Bildung von Teilchen in den Polarwolken führte.

Während des dreistündigen Ballonflugs wurden in den Wolken zum ersten Mal die schon lange vorhergesagten Trihydratkristalle der Salpetersäure gefunden. Diese Teilchen setzen sich aus drei Molekülen Wasser und einem Molekül Salpetersäure zusammen und können in der Atmosphäre bis zu sieben Grad über dem Gefrierpunkt von Eis existieren. An den Oberflächen solcher Teilchen laufen dann die chemischen Reaktionen ab, die inaktive Chlorverbindungen (zum Beispiel Chlorwasserstoff oder Chlornitrat) in aktives Chlor umwandeln. Neben den Trihydraten wurden während des Flugs auch Teilchen in flüssiger Form analysiert, die erstaunlicherweise bei sehr tiefen Temperaturen auftreten, besonders zahlreich sind und sehr viel Wasser enthalten.

Zusammen mit den an Bord befindlichen Messgeräten aus den USA, Italien, Frankreich und Dänemark ist in der polaren Stratosphäre zwischen 20 und 23 Kilometern Höhe eine bisher im Detail noch nicht erreichte physikalische und chemische Analyse von Wolkenteilchen gelungen. Außerdem, so ein weiteres Ergebnis, hat die Komplexität der Teilchenbildung in der nordpolaren Stratosphäre weiter zugenommen. Noch nicht verstanden haben die Forscher dagegen die Prozesse, die flüssige in feste und viele kleine Teilchen in wenige große Polarpartikel verwandeln.