Damit Wolken gefrieren, könnte Wüstenstaub helfen

Eine neue Studie zeigt, dass nat¨¹rliche Staubpartikel aus fernen W¨¹sten dazu f¨¹hren k?nnen, dass sich in Wolken auf der Nordhalbkugel der Erde Eiskristalle bilden. Dieser subtile Mechanismus beeinflusst, wie viel Sonnenlicht die Wolken reflektieren und wie in ihnen Regen und Schnee entstehen ¨C mit erheblichen Auswirkungen auf Klimaprognosen.

Ein internationales Team von Forschenden unter Leitung der ETH Z¨¹rich hat anhand von Satellitenbeobachtungen aus 35 Jahren herausgefunden, dass mineralischer Staub ¨C winzige Partikel, die vom Wind aufgewirbelt und in die obere Atmosph?re getragen werden ¨C dazu f¨¹hren kann, dass Wolkentr?pfchen gefrieren. Besonders wichtig ist dieser Prozess in n?rdlichen Regionen, wo sich Wolken oft in einem Temperaturbereich knapp unter dem Gefrierpunkt bilden.

?Dort, wo mehr Staub ist, ist es viel wahrscheinlicher, dass Wolken im oberen Bereich gefrieren?, erkl?rt Diego Villanueva, Postdoktorand f¨¹r Atmosph?renphysik an der ETH Z¨¹rich und Erstautor der Studie. ?Dies hat unmittelbare Auswirkungen darauf, wie viel Sonnenlicht in den Weltraum zur¨¹ckgeworfen wird und wie viel Niederschlag entsteht.?

Staub verwandelt Wolken in Eis

Die Forschenden konzentrierten sich auf Wolken, die sowohl unterk¨¹hltes Wasser als auch Eis enthalten und sich zwischen ¨C39¡ãC und 0¡ãC bilden. Solche Wolken kommen in mittleren und hohen Breiten h?ufig vor, insbesondere ¨¹ber dem Nordatlantik, Sibirien und Kanada. Die Forschung weiss, dass solche Wolken extrem empfindlich auf Umgebungsver?nderungen reagieren ¨C insbesondere auf das Vorhandensein von Kristallisationskernen, die vor allem aus W¨¹stenstaub-Aerosolen entstehen.

Beim Vergleich der H?ufigkeit von Eiswolken mit dem Staubgehalt beobachteten die Forschenden ein bemerkenswert einheitliches Muster: Je mehr Staub vorhanden ist und je k¨¹hler die Wolken sind, desto h?ufiger werden sie Eiswolken. Zudem deckte sich dieses Muster nahezu perfekt mit Vorhersagen aus Laborexperimenten zu der Frage, wie Staub zum Gefrieren von Tr?pfchen f¨¹hrt.

?Dies ist eine der ersten Studien, die zeigt, dass Satellitenmessungen der Wolkenzusammensetzung mit dem ¨¹bereinstimmen, was wir aus dem Labor wissen?, sagt die Co-Autorin Ulrike Lohmann, Professorin f¨¹r Atmosph?renphysik an der ETH Z¨¹rich.

Eine neue Referenzgr?sse f¨¹r Klimamodelle

Wie Wolken vereisen, wirkt sich unmittelbar darauf aus, wie viel Sonnenlicht sie ins Weltall reflektieren und wie viel Wasser sie als Niederschlag abgeben. Diese Faktoren sind f¨¹r Klimamodelle sehr wichtig. Doch vielen dieser Modelle fehlte bisher ein solider Bezugspunkt daf¨¹r, wie das Gefrieren von Wolken im globalen Massstab funktioniert.

Die neuen Erkenntnisse stellen einen messbaren Zusammenhang zwischen dem Staub in der Luft und der H?ufigkeit von Eis an der Oberseite von Wolken her, und sie liefern damit eine wichtige Referenzgr?sse f¨¹r die Verbesserung der Klimaprojektionen. ?Dies hilft, eines der unsichersten Teile des Klimapuzzles zu finden?, sagt Villanueva.

Komplexes Bild mit klarem Signal

Jahrzehntelang haben Klimaforscher:innen das Gefrieren von Tr?pfchen im Mikromassstab untersucht. Diese Studie zeigt zum ersten Mal, dass die Wolkeneisbildung demselben Muster folgt wie das Gefrieren von Tr?pfchen, allerdings in einem viel gr?sseren Massstab.

Die neuen Erkenntnisse zeigen die enorme Wirkung, die winzige Staubpartikel auf die Atmosph?re haben k?nnen: Nanometergrosse Defekte an der Partikeloberfl?che bilden die Keime f¨¹r Eiskristalle, die vom Weltraum aus beobachtet werden k?nnen. Damit erweitert sich das Forschungsgebiet der Atmosph?renforschung in diesem Bereich von der Nanometerskala bis hin zu grossr?umigen Beobachtungen aus dem Weltraum.

Der Zusammenhang zwischen Staub und Eis ist allerdings nicht ¨¹berall auf der Welt gleich stark. In W¨¹stenregionen wie der Sahara bilden sich nur wenige Wolken, und die starke Bewegung von heisserer Luft kann das Vereisen unterdr¨¹cken. In der s¨¹dlichen Hemisph?re sind es oft Meeres-Aerosole, die die Rolle des Staubs ¨¹bernehmen.

Dem Forschungsteam zufolge sind weitere Studien notwendig, um den Einfluss anderer Faktoren wie Aufwindst?rke oder Luftfeuchtigkeit auf das Gefrieren von Wolken zu kl?ren. Eines aber steht fest: Winzige Staubk?rner aus fernen W¨¹sten tragen dazu bei, die Wolken ¨¹ber unseren K?pfen zu formen und mit ihnen die Zukunft unseres Klimas.