Wolkenbildung durch Schwefelsäure

Wolkenbildung durch Schwefelsäure

Ausgehend von Schwefeldioxid-Abgasen spielt Schwefelsäure eine wesentliche Rolle als Kondensationskeim bei der Wolkenbildung.

Leipzig - Nicht nur mit Treibhausgasen oder Ozon zerstörenden Molekülen greift der Mensch in das Erdklima ein. Auch Staubpartikel und Aerosole beeinflussen maßgelblich die Wolkenbildung und somit das Wetter. Deutsche und finnische Forscher gingen nun der Bedeutung von Schwefelsäure näher auf den Grund. Ausgehend von Schwefeldioxid-Abgasen spielt sie eine wesentliche Rolle als Kondensationskeim bei der Wolkenbildung. Über simulierte Atmosphärenbedingungen im Labor, die die Forscher im Fachblatt "Science" erläutern, konnten sie die Bildung von Schwefelsäure-Keimen und deren Bedeutung für die Wolkenbildung bei Sättigung mit Wasser naturgerechter als bisher nachstellen.

"Unser Ergebnis könnte zur Vereinfachung der Nukleationsrate in den Klimamodellen beitragen", sagt Torsten Berndt vom Leibniz Institut für Troposphärenforschung in Leipzig. Denn der gemessene Anteil an Schwefelsäure in der Atmosphäre führt in der Natur zu deutlich mehr Kondensationskeimen für Wassertröpfchen als in bisherigen Laborexperimenten nachgestellt werden konnte. Wilde Spekulation über die Bedeutung anderer Substanzen - seien es Kohlenwasserstoffe oder Ammoniak - wurden von den Wolkenforschern getrieben. Ziel war es, die Lücke der beobachteten Kondensationskeime in der Luft mit dem gemessenen Aerosolgemisch unter einen Hut zu bringen.

Die Ergebnisse von Berndt und seinen Kollegen könnten dieses Problem nun lösen. Anders als in früheren Laborexperimenten setzten sie keine Schwefelsäure direkt einem Testbehälter zu, sondern ließen sie erst in situ unter bodennahen Atmosphärenbedingungen entstehen. Diese "frische" Schwefelsäure, die über mehrere Reaktionsschritte aus Schwefeldioxid, OH-Radikalen und Wasser entsteht, führt zu deutlich mehr Kondensationskeimen. Konzentrationen von rund 10 ⁶ Schwefelsäure-Molekülen - ein Wert wie er auch in der Atmosphäre gemessen wird - erbringt eine Nukleationsrate von 0,3 bis 0,4 Teilchen pro Kubikzentimeter. Frühere Laborexperimente benötigten etwa die Tausendfache Menge an Schwefelsäure, um vergleichbare Nukleationsraten zu erreichen. Berndts Ergebnisse kommen damit den natürlichen Bedingungen in der Atmosphäre sehr nahe.

"Diesen Unterschied zwischen in situ gebildeter und zugegebener Schwefelsäure können wir allerdings noch nicht verstehen", sagt Berndt. Weitere Zusätze von organischen Kohlenwasserstoffen oder Ammoniak könnten eine Rolle spielen. Doch zeigten Konzentrationsänderungen bei diesen Substanzen keine signifikanten Veränderungen bei der Keimbildung. "Mehr Forschungsarbeit ist noch nötig, um diesen Mechanismus zu klären", so Berndt. Dennoch zeigt das Ergebnis, das tatsächlich die Lösung des Problems in erster Linie bei der Schwefelsäure und nicht unbedingt bei anderen Aerosolsubstanzen zu suchen ist.

Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

• T. Berndt et al., Rapid Formation of Sulfuric Acid Particles at Near-Atmospheric Conditions, Science 307, 698 (2005). 
• Leibniz Institut für Troposphärenforschung: 
  http://www.tropos.de  
• Universität Helsinki: 
  http://www.helsinki.fi/university/  
• Hintergrund Wolkenbildung:
  http://www.espere.net/Germany/water/decloudformde.htm

Weitere Literatur:

• C. Wilson, Ed., Inadvertent Climate Modification, Report of the Study of Man’s Impact on Climate (MIT Press, Cambridge, MA 1971).  
• J. Watson, D. C. E. Bakker, A. J. Ridgwell, P. W. Boyd, C. S. Law, Nature 407, 730 (2000).  
• H. R. Pruppacher, J. D. Klett, Microphysics of Clouds and Precipitation (Reidel, Dordrecht, Netherlands, 1978).  
• J. Finlayson-Pitts, J. N. Pitts Jr., Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere: Theory, Experiments, and Applications (Academic Press, San Diego, CA, 2000).