Wechselwirkungen zwischen Wolken und Aerosolen

Um die Auswirkungen des Klimawandels vorherzusagen, müssen Wissenschaftler mehr über die Wechselwirkungen zwischen Klima, Biosphäre, Ökosystemen und menschlichen Aktivitäten verstehen. Insbesondere sind atmosphärische Wolken-Aerosol-Interaktionen nicht gut erforscht, was zu Lücken im Wissen der Klimaforscher über Klimasysteme führt.

Die EU-finanzierte Initiative TRANS-ACCLAIM (Tropical rainforest-atmosphere interactions: Achieving a coupled cloud-aerosol interactions model) entwickelte ein Modell, um zu beschreiben, wie Aerosole die Wolkenbildung über dem Amazonas beeinflussen.

Aerosole sind feine in Luft oder einem anderen Gas schwebende Feststoffpartikel oder Flüssigkeitströpfchen. In tropischen Umgebungen wie dem Amazonasgebiet werden Aerosole je nach Jahreszeit unterschiedlich produziert.

In der "sauberen" Regenzeit bilden sich Aerosole hauptsächlich aus von Organismen hergestellten organischen Gasen. In der "verschmutzten" Trockenzeit jedoch gibt die Verbrennung von Biomasse Aerosole direkt in die Atmosphäre ab.

TRANS-ACCLAIM baute ein Modell mit der Bezeichnung CRM-ORG (Cloud Resolving Model with Organics), um zu simulieren, wie eine tiefe konvektive Wolke sich bildet und entwickelt, während sie mit atmosphärischen Aerosolen in Wechselwirkung tritt.

Indem sie sich darauf konzentrierten, wie tropische tiefe konvektive Wolken atmosphärische Aerosole verteilen, modellierten die Forscher verschiedene Wolkenbildungsparameter. Dazu gehörten die Chemie hinter der Wolkentröpfchenbildung durch Wasserdampfkondensation an Aerosolpartikeln (Keimbildung) sowie die Freisetzung von Aerosolen aus verdampften Wolken.

Das Modell prognostizierte, dass Schwefelsäure, der man eine dominierende Rolle in der Keimbildung unterstellt, während der Regenzeit am Amazonas keine Partikel bildet. Es zeigte auch, dass Aerosole nur sehr wenige Auswirkungen auf die Wolkeneigenschaften bei niedrigen Konzentrationen haben.

Bei kalten Temperaturen und niedriger Luftfeuchtigkeit jedoch werden organische Aerosole viskos und verhalten sich wie Halbfeststoffe in großen Höhen.

Diese Einblicke in temperaturabhängige Mechanismen für die Partikelbildung müssen beim Entwurf groß angelegter Klimamodelle berücksichtigt werden. Das CRM-ORG-Modell von TRANS-ACCLAIM kann in Verbindung mit Smogkammer-Experimenten und Emissionsforschung von politischen Entscheidungsträgern verwendet werden, um organischer Aerosole effektiv zu regulieren.