Wolken wachsen dank kosmischer Strahlung

Mithilfe eines Teilchenbeschleunigers am CERN kann die Bildung von Aerosolen und Kondensationskeimen für Wolken simuliert werden

Wolkenexperiment CLOUD
Wolkenexperiment CLOUD

Genf (Schweiz) - Schwefelsäure und Ammoniak in der Atmosphäre bremsen die globale Erwärmung. Die Wolkenbildung liefert den Schlüssel zu diesem Phänomen und wurde nun von einem internationalen Forscherteam mit der Hilfe eines Teilchenbeschleunigers genauer untersucht. Ihr Ergebnis: Energiereiche Teilchen, aus denen auch die kosmische Strahlung besteht, verstärken in den oberen Atmosphärenschichten die Entstehung von Kondensationskeimen. Diese sogenannten Aerosole gelten als wichtige Vorläufer von Wolken. In der Zeitschrift "Nature" präsentieren die Wissenschaftler ihre detailreiche Analyse, die den Einfluss von Atmosphärenpartikeln und Wolken für verbesserte Klimamodelle erklärt.

"Wir haben herausgefunden, dass kosmische Strahlung die Bildung von Aerosolen in der mittleren Troposphäre und darüber signifikant verstärkt", sagt Jasper Kirkby vom Forschungszentrum CERN bei Genf. Dazu füllte er mit seinen Kollegen eine Wolkenkammer mit Luft, Wasserdampf sowie kleinen Anteilen an Schwefelsäure und Ammoniak. Dieses Gemisch simuliert die natürliche Zusammensetzung der Atmosphäre. Um den Einfluss der energiereichen kosmischen Strahlung zu klären, half ihnen ein Teilchenbeschleuniger: Sogenannte Pionen trafen auf die simulierte Atmosphäre und regten dort die enthaltenen Moleküle an. Diese ballten sich dadurch deutlich häufiger zu Kondensationskeimen zusammen, aus denen dann sukzessive Wolken entstehen können. Mehr Wolken in der Atmosphäre schirmen einfallende Sonnenstrahlung ab.

Die Simulationen zeigten aber auch, dass für untere Atmosphärenschichten bis zu einer Höhe von etwa einem Kilometer die Intensität der kosmischen Strahlung nicht mehr für eine intensive Wolkenbildung ausreichte. Dennoch wird dieser Vorgang in der Natur beobachtet. Kirkby und Kollegen gehen daher davon aus, dass hier weitere Substanzen neben Schwefelsäure und Ammoniak zur Aerosolbildung beitragen müssten. Sie vermuten, dass hier organische Partikel eine wichtige, verstärkende Rolle bei der Wolkenbildung spielen könnten. "Das wird unsere nächste Aufgabe sein", sagt Kirkby mit dem Blick auf weitere Versuche mit der CLOUD-Wolkenkammer am CERN.

Mit diesen Versuchen lüften die Wissenschaftler nach und nach das Geheimnis um die komplexen Mechanismen bei der Wolkenbildung. Da diese die wärmende Sonnenstrahlung abschirmen, haben sie einen großen Einfluss auf das Erdklima. Sind die Prozesse der Wolkenbildung und der Beitrag der kosmischen Strahlung im Detail verstanden, könnten die aktuellen Klimamodelle bessere Prognosen für die globale Erwärmung liefern.