02.11.2022

Jod beschleunigt Wolkenbildung

Jodoxide zeigen hohes Potenzial zur Bildung von Aerosolpartikeln.

Die natürlichen Stoff­kreisläufe zwischen der Biosphäre und der Atmosphäre sind für das Klimasystem der Erde von großer Bedeutung. Das bekannteste Beispiel dafür ist der Kreislauf des Kohlenstoffs zwischen der Atmosphäre, der Land­biosphäre und dem Ozean. Er ist wesentlich verantwortlich für lebens­freundliche mittlere Tempera­turen an der Erdoberfläche. Aber auch andere Element­kreisläufe spielen eine wichtige Rolle, so zum Beispiel der des Schwefels. Es wird vermutet, dass durch die Freisetzung von Schwefel­verbindungen durch Phyto­plankton in die marine Atmosphäre Wasserdampf-Kondensations­keime entstehen und es damit zur Wolkenbildung kommt – und somit ein natürlicher Rückkopplungs­effekt existiert, der letztlich die Erdoberflächen­temperatur stabilisieren könnte.

Abb.: Wolken über dem Atlantik: Jod beschleunigt Bildung von...
Abb.: Wolken über dem Atlantik: Jod beschleunigt Bildung von Kondensations­kernen in der Atmosphäre. (Bild: AK T. Hoffmann)

Jetzt hat ein inter­nationales Forschungsteam ein weiteres Element identifiziert, das ebenfalls in Zusammenhang mit Meeresalgen steht und bemerkens­werte ineinander­greifende, zyklische Reaktionen in der marinen Atmosphäre zeigt – das Jod. Jod gehört zu den Halogenen und kommt in großen Mengen im Meerwasser vor. Zwar ist die Jodkonzen­tration wesentlich geringer als zum Beispiel die Chlor­konzentration in Form von Meersalz, allerdings zeigt Jod einige chemische Besonderheiten. „Zunächst verläuft der Mechanismus ähnlich wie beim Schwefel­kreislauf“, erklärt Thorsten Hoffmann von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). Phyto­plankton überführt im Meerwasser vorhandenes Jodat in Jodid, wahrscheinlich um Jodid als einfaches anor­ganisches Antioxidans zu nutzen und so die Zellwände der Meeresalgen zu schützen.

Jodid reagiert an der Meeres­oberfläche aber auch mit atmosphärischem Ozon und setzt dabei molekulares Jod frei. Dieses molekulare Jod bildet über eine Reihe von schnellen atmo­sphärischen Reaktionen Jodoxide, die ein außer­gewöhnlich hohes Potenzial zur Bildung von Aerosol­partikeln haben. „Diese Teilchen können zu größeren Partikeln heranwachsen und dann als Wolkenkonden­sationskerne dienen und damit die Wolken­bildung beeinflussen“, beschreibt Hoffmann den Prozess. „Allerdings ist bei Jod im Gegensatz zu Schwefel der Vorgang hier noch nicht zu Ende.“

Die Forschenden zeigten, wie in den wachsenden atmo­sphärischen Partikeln aus den zuvor gebildeten Jodoxiden wieder molekulares Jod entsteht und in die Gasphase freigesetzt wird. „Soweit wir heute wissen, ist Jod das einzige Element, das nach der Freisetzung von der Erdoberfläche die Atmosphäre nicht wieder verlässt, sondern durch Redox­reaktionen in der Partikelphase wieder in die Gasphase zurückgeführt werden kann“, so Hoffmann. Damit könnte Jod eine wichtige katalytische Rolle bei der Bildung von Wolken­kondensationskeimen spielen. Eine Reihe ungelöster Fragen bleibt, zum Beispiel wie menschliche Aktivitäten, die an verschiedenen Stellen in diesen Mechanismus eingreifen, den einzig­artigen Stoff­kreislauf des Jods im Erdsystem beeinflussen.

TU Wien / JOL

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