Nicht nur Schwefelsäure, sondern auch Ammoniak und organische Verbindungen sind neben der kosmischen Strahlung für die Entstehung von Kondensationskeimen in der Atmosphäre und damit für die Wolkenbildung verantwortlich. Das zeigt eine Computersimulation auf Basis der experimentellen Daten des internationalen CLOUD-Konsortiums, an dem auch die Universität Innsbruck beteiligt ist.

Die wissenschaftliche Einschätzung, welchen Einfluss die Wolkenbildung auf das Erdklima hat, ist bis heute mit großen Unsicherheiten verbunden. Das liegt vor allem daran, dass die Entstehung von Nanopartikeln bisher kaum verstanden wurde. Seit 2009 erforscht ein internationales Forschungsteam beim Großexperiment CLOUD am europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf die molekularen Mechanismen der Neubildung von Partikeln aus atmosphärischen Gasen. Im CLOUD-Experiment werden Wasserdampf, Schwefelsäue, Ammoniak und Amine in unterschiedlichen Konzentrationen in eine hochreine Kammer eingeleitet und die Bedingungen in der heutigen Atmosphäre realistisch nachgebildet.

Computersimulation zeigt Ursachen

Wissenschaftler der University of Leeds haben die experimentellen Daten nun dazu verwendet, die Bildung von Kondensationskeimen in der heutigen Atmosphäre in einem Computermodell zu simulieren. Die Aerosolpartikel entstehen demnach vorwiegend aus Molekülclustern, die aus Schwefelsäure, Ammoniak und organischen Verbindungen bestehen. „Bisher war man davon ausgegangen, dass heute vor allem Schwefelsäure bei der Partikelneubildung eine große Rolle spielt“, sagt Armin Hansel vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck. Die Labordaten und die Computersimulation belegen nun, dass mehrere Substanzen für einen Großteil der Partikelbildung in der Atmosphäre verantwortlich sind. Die heute in der Atmosphäre gemessenen Partikelkonzentrationen lassen sich nach der Computersimulation nur dann erklären, wenn neben der Schwefelsäure zusätzliche Moleküle an der Bildung der Nanopartikel beteiligt sind. Die Daten der Wissenschaftler zeigen außerdem, dass die Ionisation durch kosmische Strahlen an der Bildung von einem Drittel aller Partikel beteiligt ist. Die Simulation zeigt auch, dass kleine Änderungen der kosmischen Strahlung die Bildung von Nanopartikel nicht so stark beeinflussen, dass sie einen signifikanten Einfluss auf das heutige Klima haben können. Damit treten die Forscher einem von Skeptikern vertretenen Argument entgegen, wonach nicht die Industrialisierung, sondern Veränderungen der kosmischen Strahlung für den aktuellen Klimawandel verantwortlich sind.

Tiroler Technologiepioniere

Für die CLOUD-Experimente hat die Innsbrucker Forschungsgruppe um Armin Hansel in enger Zusammenarbeit mit dem Tiroler Spin-Off-Unternehmen Ionicon Analytik GmbH spezielle Messverfahren entwickelt. Das Team um Hansel gilt im Feld der Spurenanalytik als internationaler Pionier, da diese technische Innovation aus Tirol in Echtzeit Resultate mit extrem hoher Nachweiswahrscheinlichkeit liefert. Das CLOUD-Forschungsteam besteht aus zahlreichen Arbeitsgruppen aus ganz Europa und Nordamerika und wird unter anderem von der Europäischen Union und zahlreichen nationalen Fördergebern – darunter der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG – finanziell unterstützt.

 

 

Publikation: Global atmospheric particle formation from CERN CLOUD measurements. Eimear M. Dunne et. al. Science First Release am 27. Oktober 2016

DOI: 10.1126/science.aaf2649 (nach Ablauf der Sperrfrist verfügbar)

 

Fotos zum Experiment: http://cloud.web.cern.ch/content/gallery

 

In unserem Podcast „Zeit für Wissenschaft“ erzählt Armin Hansel ausführlich über seine Mitarbeit am CLOUD-Projekt: https://www.uibk.ac.at/podcast/zeit/sendungen/zfw008.html