Eiswolkenbildung leicht gemacht

News: Eiswolkenbildung leicht gemacht

Wenn es kalt genug ist, gefriert Wasser zu Eis - das klingt einfach. Aber in der Atmosphäre über der Arktis verläuft die Bildung von Eiskristallen komplizierter. Diese sammeln sich in Eiswolken, welche am Ozonabbau beteiligt sind. Doch wie die Wolken eigentlich entstehen, war bisher unbekannt. Anhand von Labordaten hat sich nun herausgestellt, dass die Bildung der Eiskristalle nicht davon abhängt, welche anderen Stoffe noch in den Tröpfchen gelöst sind. Nur die Temperatur und die relative Feuchtigkeit beeinflussen diesen Prozess.

Eiswolken in der Atmosphäre wirken sich sowohl auf die Chemie als auch die Strahlungseigenschaften der Erde stark aus. Dennoch war bislang nicht genau bekannt, wie Eiskörnchen in der Atmosphäre kristallisieren. Denn sie bilden sich in wässrigen Aerosol-Tröpfchen, die sich aus einer Vielzahl von Bestandteilen zusammen setzen können. Die Wissenschaftler um Thomas Koop von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich und Beiping Luo vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz haben nun gezeigt, dass sich die Bildung der Eis-Teilchen in der Atmosphäre durch ein allgemeines thermodynamisches Modell beschreiben lässt (Nature vom 10. August 2000).

Die Forscher werteten Labordaten über eine große Zahl von gelösten Stoffen aus, wobei sich herausstellte, dass die Art dieser Substanzen keine Rolle im Kristallisationsprozess spielt. Die einzig wichtigen Parameter sind die Temperatur und die relative Feuchtigkeit. Die Berechnungen stimmen gut mit neuen Beobachtungen von Eiswolken überein.

Bisher war die Formulierung der Wolkenbildung die Schwäche von numerischen Modellen, die durch den neuen Ansatz zu überwinden sein sollte. Dadurch könnten Wissenschaftler die Denitrierung und den Ozonabbau in der Stratosphäre über der Arktis besser verstehen, außerdem wie die Aerosole sich durch die Eiswolken auf das Klima auswirken. Das neue Modell ist so einfach, dass es sich nicht nur für das Studium von Prozessen in kleinen Dimensionen, sondern auch für dreidimensionale Simulationen im globalen Maßstab eignet.

Die Resultate dieser Studie wirken sich auch auf andere Forschungsbereiche aus. Zum Beispiel haben die Wissenschaftler gezeigt, dass die gelösten Stoffe und der Druck sich sehr ähnlich auf die Bildung von Eiskristallen auswirken. Das könnte beim Verständnis der Physik von suprakaltem Wasser oder wässrigen Lösungen weiterhelfen. Außerdem fordern die Ergebnisse klassische Theorien über die Bildung von Kristallen aus Flüssigkeiten heraus. Schließlich setzt das Modell auch noch eine untere Grenze fest, wie gut Zellen in Pflanzen und Tieren sich Frost widersetzen können.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 30.3.1999
"Der Ozonschutz der Arktis schwindet"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 29.5.2000
"Erholung braucht Zeit – auch in der Ozonschicht"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 12/95, Seite 18
"Nobelpreis für Chemie – Mechanismen des Ozonschwunds in der Stratosphäre"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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