News: Wolkenfrostschutzmittel
Hoch oben in der Troposphäre, in der Region der natürlichen oder Kondensstreifen-bedingten Eiswolken, sind Forscher auf eine neue Sorte von Eiskristallen gestoßen: Delta-Eis, so berichten sie, trägt sein eigenes Frostschutzmittel auf der Oberfläche.
© Carl Wozniak (Ausschnitt)
202 Kelvin ist ganz schön frisch. Federwolken und Kondensstreifen zeigen uns, dass Wasser bei diesen Bedingungen in den oberen Abschnitten der Troposphäre ein eisiges Schicksal erwartet. Und doch: Auch hier, in einigen Kilometern Höhe, liegt noch gasförmiger Wasserdampf vor, fein austariert im Gleichgewicht mit seinem kristallinen Gegenspieler. Die relative Luftfeuchtigkeit in diesen Wolken beträgt, trotz der frostigen Temperaturen, immer noch hundert Prozent. Denn überschüssiger Wasserdampf schlägt sich an Eiskristallen nieder, wodurch das System wieder auf den Gleichgewichtszustand "getrocknet" wird.
Bei Messungen jener relativen Luftfeuchtigkeit an Ort und Stelle in subtropischen Breiten aber ermittelten Wissenschaftler um Ru-Shan Gao plötzlich Werte von 135 Prozent – es war also mehr Wasserdampf vorhanden, als nach dem Gleichgewichtsmodell sein dürfte. Wie konnte es dazu kommen?
Bei der Suche nach dem offenbar wirksamen Frostschutzmittel stießen die Wissenschaftler auf Salpetersäure, die fest an Eispartikel adsorbiert war – zumindest wenn die Temperaturen unter 202 Kelvin oder minus 71 Grad Celsius lagen. Denn bei diesen kalten Bedingungen kann HNO3 mit dem Wasser an der Oberfläche des Eiskristalls stabile Hydratverbindungen bilden, die vielleicht verhindern, dass der Kristall an eben jener Stelle weiterwächst und sich neues Eis ablagert. Und da es sich bei diesem Säure-Eis-Gebilde um ein ganz neues Konstrukt handelt, tauften es die Forscher auf den Namen "Delta-Eis".
Der Mechanismus, mit dem das Delta-Eis sein frostiges Schicksal verwässert, ist in der Natur durchaus verbreitet. Ganz ähnlich schützen sich beispielsweise Pflanzen und Tiere vor Kälteschäden: Hier binden spezielle Proteine an Wachstumszonen entstehender Eiskristalle und verhindern damit, dass der unerwünschte harte Fremdkörper in der Zelle weitere Wassermoleküle in sein Gitter aufnehmen und dadurch weiter ausufern kann. Auf diese Weise senken die Organismen den Gefrierpunkt des Wassers in ihrem Körper um bis zu zwei Kelvin.
Mit Delta-Eis haben Klimaforscher aber nun ein weiteres Puzzleteil, das sie in ihren Simulationen für die Klimazukunft berücksichtigen müssen. Gerade in den dicht besiedelten Regionen auf der Nordhalbkugel geraten durch Verbrennungsprozesse aus Industrie und Verkehr Unmengen von Stickoxiden und damit letztendlich auch Salpetersäure in die Atmosphäre. Diese Verschmutzungen führen, trifft der vermutete Mechanismus zu, letztendlich zu einer dünneren Cirren-Wolkendecke, da weniger Wasser in Eiskristallen gebunden wird. Gleichzeitig nimmt der Gehalt an dem wirksamen Treibhausgas Wasserdampf erheblich zu – und schon geraten die Berechnungen für den Strahlungshaushalt unseres Planeten wieder ins Wanken. Ob das Ganze aber in eine wärmere oder frostigere Richtung weist, kann momentan noch niemand sagen.
Bei Messungen jener relativen Luftfeuchtigkeit an Ort und Stelle in subtropischen Breiten aber ermittelten Wissenschaftler um Ru-Shan Gao plötzlich Werte von 135 Prozent – es war also mehr Wasserdampf vorhanden, als nach dem Gleichgewichtsmodell sein dürfte. Wie konnte es dazu kommen?
Bei der Suche nach dem offenbar wirksamen Frostschutzmittel stießen die Wissenschaftler auf Salpetersäure, die fest an Eispartikel adsorbiert war – zumindest wenn die Temperaturen unter 202 Kelvin oder minus 71 Grad Celsius lagen. Denn bei diesen kalten Bedingungen kann HNO3 mit dem Wasser an der Oberfläche des Eiskristalls stabile Hydratverbindungen bilden, die vielleicht verhindern, dass der Kristall an eben jener Stelle weiterwächst und sich neues Eis ablagert. Und da es sich bei diesem Säure-Eis-Gebilde um ein ganz neues Konstrukt handelt, tauften es die Forscher auf den Namen "Delta-Eis".
Der Mechanismus, mit dem das Delta-Eis sein frostiges Schicksal verwässert, ist in der Natur durchaus verbreitet. Ganz ähnlich schützen sich beispielsweise Pflanzen und Tiere vor Kälteschäden: Hier binden spezielle Proteine an Wachstumszonen entstehender Eiskristalle und verhindern damit, dass der unerwünschte harte Fremdkörper in der Zelle weitere Wassermoleküle in sein Gitter aufnehmen und dadurch weiter ausufern kann. Auf diese Weise senken die Organismen den Gefrierpunkt des Wassers in ihrem Körper um bis zu zwei Kelvin.
Mit Delta-Eis haben Klimaforscher aber nun ein weiteres Puzzleteil, das sie in ihren Simulationen für die Klimazukunft berücksichtigen müssen. Gerade in den dicht besiedelten Regionen auf der Nordhalbkugel geraten durch Verbrennungsprozesse aus Industrie und Verkehr Unmengen von Stickoxiden und damit letztendlich auch Salpetersäure in die Atmosphäre. Diese Verschmutzungen führen, trifft der vermutete Mechanismus zu, letztendlich zu einer dünneren Cirren-Wolkendecke, da weniger Wasser in Eiskristallen gebunden wird. Gleichzeitig nimmt der Gehalt an dem wirksamen Treibhausgas Wasserdampf erheblich zu – und schon geraten die Berechnungen für den Strahlungshaushalt unseres Planeten wieder ins Wanken. Ob das Ganze aber in eine wärmere oder frostigere Richtung weist, kann momentan noch niemand sagen.
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