Wolken geben Rätsel auf

Wolken sind ein Unsicherheitsfaktor in Klimaprognosen. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich untersuchen daher Eiswolken weltweit.

Eine Kolumne von Martina Krämer (Forschungszentrum Jülich, FZJ):

Wolken sind faszinierende Gebilde, die uns allerdings noch einige Rätsel aufgeben. Wir wissen zwar, dass sie aus Wassertröpfchen und Eiskristallen bestehen. Doch die Prozesse, die für die Bildung und die Eigenschaften von Wolken verantwortlich sind, haben wir noch nicht vollständig verstanden. Das macht es schwierig, ihren Einfluss auf das Klima einzuschätzen – und noch schwieriger, diesen Einfluss angemessen in Computermodellen zu berücksichtigen. Nach Einschätzung des Weltklimarates der Vereinten Nationen (IPCC) sind Wolken der wesentliche Unsicherheitsfaktor in Klimaprognosen.

Hinzu kommt, dass Wolken zwei gegenläufige Effekte haben: Sie sorgen einerseits für Abkühlung, da sie nicht die gesamte Sonnenstrahlung zur Erdoberfläche durchlassen. Andererseits halten sie Wärmestrahlen zurück, die vom Boden reflektiert werden, was wiederum für Erwärmung sorgt. In der Bilanz überwiegt die Abkühlung – wenn die Wolke aus flüssigen Wassertropfen besteht. Bei einer Eiswolke kann es anders aussehen, denn Eispartikel reflektieren Strahlung nicht so wie Tropfen. Entscheidend sind Anzahl und Größe der Eispartikel und ob sie dicht gepackt oder weit voneinander entfernt sind.

Wissenschaftler am Forschungszentrum in Jülich (FZJ) untersuchen insbesondere Eiswolken rund um den Globus. Mit Forschungsflugzeugen, die mit zum Teil von selbst entwickelten Instrumenten ausgestattet sind, werden umfangreiche Daten mitten in den Wolken gesammelt. Im Fokus stehen Zirren. Das sind Eiswolken, die bei Lufttemperaturen zwischen minus 90 und minus 40 Grad Celsius entstehen. Da sich Wolken in unterschiedlichen Höhen und über verschiedenen Regionen anders entwickeln, ist es wichtig, an vielen Orten Daten zu sammeln. Zirren bilden sich beispielsweise über der Arktis in fünf bis zwölf Kilometern Höhe, über den Tropen dagegen in einer Höhe von neun bis achtzehn Kilometern. Dank umfangreicher Messkampagnen verfügen die Wissenschaftler über den weltweit größten Datensatz über die Anzahl von Eispartikeln in Zirren. Sehr viele Wissenschaftler haben mit Hilfe dieser Daten geprüft, ob die Ergebnisse ihrer globalen Computermodelle mit den gemessenen Eiskristallzahlen übereinstimmen. Tatsächlich bilden die bisherigen Modelle in diesem Punkt die Realität noch nicht gut genug ab.

Menschlichee Einflüsse haben Auswirkungen auf Zirren

Die Daten helfen nicht nur, genauere Klimasimulationen zu erstellen. Die Forscher stoßen auch auf bislang unbekannte Zusammenhänge. Durch die Kombination mit anderen Datensätzen und Vergleiche mit einem Computermodell haben sie etwa Hinweise gefunden, dass menschliche Einflüsse Auswirkungen auf Zirren haben könnten. Vermehrter Partikel-Ausstoß durch Industrieanlagen oder durch veränderte Landnutzung könnte sich auf die Bildung dieser Wolken auswirken. Das ist brisant und widerspricht der bisherigen Lehrmeinung. Gestützt wird die Annahme durch Ergebnisse amerikanischer Wissenschaftler, die massenspektrometrisch Wüstenstaub und organische Substanzen in den Eispartikeln von Zirren nachweisen konnten.

Auch die Messungen am FZJ in Mischphasenwolken widersprechen einigen bisher gängigen Annahmen der Fachwelt. Das sind Wolken, die sich aus Eiskristallen und Wassertropfen zusammensetzen. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass Partikel aus Eis kleiner als 50 Mikrometer sein können und es in der Atmosphäre auch runde Eispartikel gibt. Diese Messungen belegen, dass Wolken oder Wolkenteile, in denen Tropfen und Eis zugleich existieren, durchaus häufig vorkommen. Über mittleren geografischen Breiten gibt es sogar mehr Mischphasenwolken als Zirren. Das bedeutet, dass auch diese Wolken unbedingt in den globalen Klimamodellen berücksichtigt werden müssen.

All das zeigt, dass selbst Wissenschaftler immer noch zu wenig über Wolken, deren Entstehung und Eigenschaften wissen. Sie müssen die Wolken besser verstehen, um auch das komplexe Klimasystem weiter enträtseln und den Klimawandel genauer vorhersagen zu können.

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eskp.de | Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft

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