Aerosole: Klein, aber oho

Unterschätzter Effekt: Selbst kleinste Aerosole in der Luft können sich maßgeblich auf das Wetter auswirken. Eine Studie zeigt: Winzige, menschengemachte Schwebeteilchen, wie sie zum Beispiel durch Autoabgase entstehen, entfalten vor allem in eher abgelegenen Regionen einen viel größeren Effekt als gedacht. So treiben die Winzlinge unter anderem die Bildung von Gewitterwolken und Stürmen über dem Amazonas an, wie Forscher im Fachmagazin „Science“ berichten.

Unsere Luft ist voller kleiner Schwebeteilchen. Diese sogenannten Aerosole können durch Vulkanausbrüche, Wüstenstürme oder Waldbrände entstehen, aber auch durch menschliche Aktivitäten – zum Beispiel bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Schon länger ist bekannt, dass die Partikel einen bedeutenden Einfluss auf das Wetter und das Klima haben. So wirken die Teilchen unter anderem als Kondensationskeime, an denen sich der Wasserdampf der Luft niederschlägt und erst Tröpfchen und schließlich Wolken bildet.

Unterschätzte Winzlinge

Die Winzlinge unter den Aerosolen – Feinstaubpartikel unter 50 Nanometer – sind jedoch zu klein, um einen solchen Effekt zu entfalten. Um sich merklich auf die Wolkenbildung auszuwirken, müssen die Partikel eine bestimmte Mindestgröße haben. So zumindest dachten Forscher bislang. Wissenschaftler um Jiwen Fan vom Pacific Northwest National Laboratory in Richland haben nun herausgefunden, dass diese Annahme nicht stimmt – im Gegenteil.

Für seine Studie wertete das Team zwischen 2014 und 2015 erhobene Klimadaten aus dem brasilianischen Amazonasgebiet aus. Die untersuchte Region ist vom Menschen weitestgehend unberührt, mit Ausnahme der mitten im Urwald gelegenen Stadt Manaus mit einer Bevölkerung von über zwei Millionen Menschen.

Wie hier in der brasilianischen Stadt Manaus setzen Menschen fast überall auf der Welt mit ihren Aktivitäten unzählige Aerosole frei. © Department of Energy Atmospheric Radiation Measurement Climate Research Facility

Große Wirkung

Dieses Umfeld bot den Forschern die Möglichkeit, den Einfluss menschengemachter Luftverschmutzung in einer ansonsten weitestgehend präindustriellen Landschaft zu studieren. Dabei konzentrierten sie sich auf ultrafeine Schwebeteilchen, die etwa durch Verkehrsabgase freigesetzt werden. Wie würden sich diese Mini-Partikel auf die Entstehung von Gewitterwolken auswirken?

Messdaten und Computersimulationen offenbarten Überraschendes: Die Luft über dem Amazonas ist normalerweise warm, sehr feucht und relativ sauber – das heißt frei von größeren Aerosolen. Doch genau unter diesen Bedingungen können kleine Partikel eine große Wirkung entfalten, wenn sie durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangen. Denn sie sind zwar winzig, dafür aber umso zahlreicher.

Ursache für heftige Stürme

So zeigen die Ergebnisse: Der Wasserdampf in der nahezu gesättigten Luft kondensiert an der Vielzahl der winzigen Aerosole vergleichsweise schnell. Durch die gesteigerte Kondensation wird mehr Hitze frei. Warme Luft wird in die entstehenden Wolken gezogen, die wiederum mehr Tröpfchen mit in die Höhe zieht.

Durch diesen Prozess türmen sich immer größere Wolken auf, wie die Wissenschaftler berichten. Und die bringen nicht nur mehr Regen – sondern auch mehr Blitze und stärkere Stürme mit sich. „Wir konnten belegen, dass die Anwesenheit solcher winzigen Partikel einer der Gründe ist, warum manche Stürme so heftig werden und so viel Regen produzieren“, sagt Fan. „In warmen, feuchten Gegenden, wo die Atmosphäre ansonsten sauber ist, kann das Eindringen sehr kleiner Schwebeteilchen einen ganz schönen Einfluss haben.“

Mensch als Wettermacher

Gegenden mit solchen Bedingungen findet man den Forschern zufolge etwa in vielen Teilen der Tropen und über den Ozeanen. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass der Mensch mit seinen Aktivitäten Stürme in diesen Regionen in der Vergangenheit maßgeblich verändert hat“, schließen sie. (Science, 2018; doi: 10.1126/science.aan8461)

(AAS/ DOE/Pacific Northwest National Laboratory, 29.01.2018 – DAL)