Pflanzen spielen grosse Rolle bei Wolkenbildung
Neue Erkenntnis aus der Forschung: Bei der Wolkenbildung spielen gasförmige Kohlenwasserstoffe von Pflanzen eine wichtige Rolle.
Von Pflanzen emittierte gasförmige Kohlenwasserstoffe, sogenannte Sesquiterpene, spielen eine grosse Rolle bei der Wolkenbildung. Das zeigt ein Forscherteam im Rahmen des internationalen Atmosphären-Forschungsprojekts CLOUD am Europäischen Labor für Teilchenphysik CERN in Genf.
Die Substanzen kommen zwar relativ selten vor, haben aber enormen Effekt auf die Entstehung von für die Wolkenbildung notwendigen Kondensationskeimen, berichten die Forscher im Fachblatt «Science Advances».
Die Vorhersagen für die globale Klimaerwärmung sind mit Unsicherheiten behaftet. Ein Grund dafür ist, dass noch nicht alle Vorgänge in der Atmosphäre verstanden sind, etwa wie die darin enthaltenen Gase und Schwebstoffe zur Wolkenbildung beitragen. Dies ist aber ein wesentlicher Faktor für das Klima, da Wolken Sonnenstrahlung reflektieren und so einen kühlenden Effekt haben.
Wolken bestehen aus Wassertröpfchen. Damit sich diese bilden können, braucht es winzige Partikel, an denen Wasserdampf kondensieren kann. Bei solchen Kondensationskeimen oder Aerosolen handelt es sich um feste oder flüssige Partikel wie etwa Sand aus der Wüste, von Bäumen emittierte organische Gasmoleküle oder Schadstoffe aus Industrie.
Rund die Hälfte der Kondensationskeime entsteht aber erst in der Luft, indem sich verschiedene gasförmige Moleküle verbinden, in den festen Aggregatzustand übergehen. Dieser Vorgang wird Nukleation oder Partikelneubildung genannt.
Seit 2009 erforscht ein internationales Forschungsteam im Experiment CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) am Europäischen Labor für Teilchenphysik CERN diese Nukleation. In einem 26 Kubikmeter grossen Edelstahltank können die Forscher die Bildung von Aerosolpartikeln und Wolken untersuchen.
Zu den wichtigsten natürlichen Gasen, die zur Partikelneubildung beitragen, zählen Kohlenwasserstoffe, die vor allem von Bäumen freigesetzt werden, konkret Isoprene, Monoterpene und Sesquiterpene. Wenn diese Substanzen in der Luft oxidieren, bilden sie Partikel.
Die Konzentration der Terpene steigt stetig, «weil Pflanzen unter Stress mehr davon freisetzen» – etwa weil Temperaturen und Wetterextreme zunehmen würden, so die Atmosphärenwissenschafterin Lubna Dada vom Schweizer Paul Scherrer Institut (PSI).
Sie hat gemeinsam mit Kollegen u.a. der Universitäten Wien und Innsbruck und der Technischen Universität (TU) Wien in der nun veröffentlichten Arbeit die wichtige Rolle der Sesquiterpene bei der Wolkenbildung untersucht: Diese bilden bei gleicher Konzentration zehnmal mehr Partikel als die anderen beiden organischen Substanzen.
In den Versuchen produzierte die Oxidation einer natürlichen Mischung von Isoprenen, Monoterpenen und Sesquiterpenen eine Vielfalt von organischen Verbindungen (Ultra-Low-Volatility Organic Compounds; ULVOC), die sehr effizient Partikel bilden.
Der enorme Effekt der Sesquiterpene offenbarte sich, als die Forscher einem Gemisch aus Isopren und Monoterpenen nur zwei Prozent Sesquiterpene hinzumischten – dann verdoppelte sich die Rate der Partikelneubildung im Vergleich zur reinen Isopren-Monoterpen-Mixtur.
Die Erkenntnis könnte helfen, die Unsicherheiten von Klimamodellen zu reduzieren und präzisere Vorhersagen zu treffen. Dazu müssten die Sesquiterpene als eigener Faktor in die Klimamodelle aufgenommen werden, schlägt das Forscherteam aufgrund seiner Ergebnisse vor.
http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.adi5297)
