Wolkenbildung und Klima

Amine aus der Tierhaltung spielen eine wichtige Rolle/Publikation in Nature

Veröffentlicht am: Montag, 07. Oktober 2013, 13:16 Uhr (236)

FRANKFURT. Wolken gehören in Klimamodellen zu den kühlenden Faktoren, da sie das Sonnenlicht reflektieren. Klimaforscher wissen inzwischen, dass menschliche Aktivitäten insofern einen Einfluss auf die Wolkenbildung haben, als sie den Anteil an Aerosolpartikeln (Schwebeteilchen) in der Atmosphäre erhöht haben. Bildet sich eine Wolke, dann bedeuten mehr Aerosolpartikel auch mehr kleine Wassertröpfen, die die Wolken heller und langlebiger machen. Seit einigen Jahren untersucht eine internationale Kooperation mit maßgeblicher Beteiligung der Goethe-Universität deshalb am CLOUD-Experiment am CERN bei Genf, welche atmosphärischen Spurengase die Bildung der Aerosolpartikel fördern. In der Fachzeitschrift Nature berichten sie online in einer Vorabveröffentlichung, dass Amine dabei eine wichtige Rolle spielt.

„Die Neubildung von Aerosolpartikeln in der Atmosphäre könnte ein Schlüsselprozess für die Regulation des Klimas sein, da wir davon ausgehen, dass etwa die Hälfte der Wassertröpfchen in Wolken an Aerosolpartikeln kondensiert, die sich erst in der Atmosphäre neu gebildet haben“, erklärt Prof. Joachim Curtius vom Institut für Atmosphäre und Umwelt der Goethe-Universität. Die Forscher untersuchen deshalb, welche Spurengase zur Entstehung von Aerosolpartikeln beitragen. In ihrer aktuellen Studie haben sie Amine in den Blick genommen. Das sind Abkömmlinge (Derivate) des Ammoniaks, die hauptsächlich durch die Tierhaltung entstehen, aber auch vom Meer, den Böden und bei der Verbrennung von Biomasse freigesetzt werden. „Wir konnten erstmals zeigen, dass Amine äußerst effizient Partikel bilden, weil sie starke Bindungen mit Schwefelsäuredämpfen eingehen“, so Curtius.

Das CLOUD-Experiment simuliert die Entstehung von Aerosolpartikeln und Wolken unter kontrollierten Bedingungen, das heißt frei von störenden Verunreinigungen durch andere Spurengase. Das ist wichtig, weil die untersuchten Dimethyl-Amine in der Atmosphäre in extrem niedrigen Konzentrationen von einem Molekül auf eine Billionen Luftmoleküle vorkommen. Sie verbinden sich mit Schwefelsäuredampf zu stabilen Aerosolpartikeln. In der Wolkenkammer konnten die Forscher erstmals die Entstehungsrate dieser Partikel in der unteren Atmosphäre unter Laborbedingungen reproduzieren. „Die hochpräzisen Messungen erlauben es uns, den Nukleationsprozess auf der molekularen Ebene zu verstehen“, erklärt Curtius und fügt hinzu: „Die Ergebnisse legen nahe, dass natürliche und anthropogene Amin-Quellen das Klima beeinflussen könnten.“

Wichtig ist das Ergebnis auch deshalb, weil die Emission von Aminen künftig wahrscheinlich zunehmen wird: Die Gasreinigung mithilfe von Aminen gilt als zukunftsträchtige Technik zur Abscheidung von Kohlendioxid aus der Verbrennung von Braun- und Steinkohle in Kraftwerken. Die Ausbreitung von diesen Aminen in  Regionen mit sehr geringen Partikelkonzentrationen könnte dazu führen, dass sich der kühlende Effekt durch Aerosole verstärkt.

Die Ionisation von Molekülen in der Atmosphäre durch kosmische Strahlung, die im CLOUD-Experiment ebenfalls untersucht wurde, spielt hingegen kaum eine Rolle bei der Bildung von Amin-Schwefelsäure-Partikeln. Die Forscher schließen jedoch nicht aus, dass die Nukleation von Schwefelsäure-Partikeln in der unteren Atmosphäre auch durch andere Dämpfe gefördert werden kann, auf die Ionisation durch kosmische Höhenstrahlung einen größeren Einfluss haben könnte. CLOUD ist das erste Klimaexperiment, das die am Teilchenbeschleuniger LHC bei Genf erzeugten Teilchen nutzt, um den Einfluss der kosmischen Strahlung auf die Bildung neuer Aerosolpartikel zu untersuchen.

Publikation:
Verweis auf die Nature advanced online Publikation
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12663.html

Englische Pressemitteilung:
http://press.web.cern.ch/press-releases/2013/10/cerns-cloud-experiment-shines-new-light-climate-change

Webcam zum CLOUD-Experiment:
http://ph-news.web.cern.ch/content/glimpse-cloud-experiment 

Bilder zum Download:
http://cds.cern.ch/record/1374405?ln=en
http://cds.cern.ch/record/1276313?ln=en
http://cds.cern.ch/record/1221293?ln=en
http://cds.cern.ch/record/1375156

Informationen: Prof. Joachim Curtius, Institut für Atmosphäre und Umwelt, Tel.: (069) 798-40258, curtius@iau.uni-frankfurt.de.

Bildtext: Das CLOUD-Experiment am CERN simuliert die Entstehung von Aerosolpartikeln und Wolken unter kontrollierten Bedingungen.