Laser induzieren Eisbildung in Schleierwolken
Starke Laserpulse hinterlassen Plasmakanäle, die als Kondensationskeime wirken und die Dichte und Helligkeit lokal deutlich erhöhen.
Lassen sich Wolkenbildung, Niederschläge oder Gewitter durch Bestrahlen mit Laserlicht beeinflussen? Dieser Frage gingen Forscher des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Aerosolforschung (IMK-AAF) des KIT sowie der Freien Universität Berlin und der Universität Genf nach. Ziel der von Thomas Leisner, Leiter des IMK-AAF, geleiteten Untersuchungen war herauszufinden, ob und inwiefern Laserlicht und das damit verbundene Plasma sich auf Wolken auswirken.
Abb.: In der Anlage AIDA am KIT Campus Nord untersuchen Wissenschaftler Aerosol- und Wolkenprozesse unter atmosphärischen Bedingungen. (Bild: M. Breig, KIT)
Die Wissenschaftler nutzten für ihre Untersuchungen die Anlage AIDA (Aerosol-Interaktionen und -Dynamik in der Atmosphäre) am KIT-Campus Nord sowie das in Genf und Berlin entwickelte „Teramobile“, ein mobiles Laserlabor. AIDA bietet weltweit einzigartige Möglichkeiten, Aerosol- und Wolkenprozesse unter atmosphärischen Bedingungen zu untersuchen. In der Anlage lassen sich alle in der unteren und mittleren Atmosphäre vorkommenden Temperatur- und Druckverhältnisse simulieren.
Das Teramobile erzeugt hochintensive Laserlichtpulse. Diese breiten sich, anders als gewöhnliches Laserlicht, auf besondere Weise in der Atmosphäre aus. „Aufgrund nichtlinearer optischer Effekte erzeugen die Laserpulse gleichsam ihren eigenen Lichtleiter und bleiben so über lange Strecken scharf fokussiert, auch wenn Schwebeteilchen und atmosphärische Trübungen sie eigentlich zerstreuen müssten“, erklärt Leisner. Entlang des Laserstrahls wird die Luft ionisiert, und es entsteht ein Strom leitender Plasmakanal.
In typischen Wetterwolken, in denen Eiskristalle und unterkühlte Wassertropfen nebeneinander bestehen, ließen sich keine Effekte der Plasmakanäle auf Eisbildungs- oder Niederschlagsprozesse nachweisen. In hochliegenden Schleierwolken, die vor allem aus Eiskristallen bestehen, entdeckten die Forscher jedoch eine überraschend starke Reaktion auf die Laserbestrahlung: Innerhalb von wenigen Minuten erhöhen die Laserpulse die Zahl der Eispartikel bis um den Faktor 100. Damit nimmt die optische Dichte der Schleierwolken bis um drei Größenordnungen zu – sie erscheinen deutlich heller. „Die Wirkung auf eine typische dünne Bedeckung aus Schleierwolken kann man sich wie vom Laser geschriebene Kondensstreifen vorstellen“, so Leisner.
Eine Anwendung dieses Effekts in der Atmosphäre sieht Leisner derzeit allerdings nur bei der wissenschaftlichen Erforschung der Wolken. „Bis eine Wolkenbeeinflussung vom Boden aus möglich ist, muss die Lasertechnik noch deutliche Fortschritte machen“, erklärt der KIT-Klimaforscher.
KIT / DE
