Die Rolle von Aerosolen, insbesondere von Staubpartikeln aus Wüsten, erweist sich als entscheidend für das Verständnis der Wolkenbildung und deren Einfluss auf das Klima. Eine aktuelle Studie, die von einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung der ETH Zürich durchgeführt wurde, zeigt, dass natürliche Staubpartikel aus weit entfernten Wüsten Eiskristalle in Wolken der Nordhalbkugel fördern können. Diese Entdeckung unterstreicht die Wichtigkeit von Aerosolen für die Vorhersage von Niederschlägen und die Bewertung der Rolle von Wolken im Klimawandel.
Die Forscher untersuchten über einen Zeitraum von 35 Jahren Satellitendaten und fanden heraus, dass mineralischer Staub, der durch Wind aufgewirbelt wird und in die obere Atmosphäre gelangt, entscheidend dafür ist, dass Wassertröpfchen in Wolken gefrieren können. Dies ist besonders relevant in den nördlichen Regionen, wo sich viele Wolken bei Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt bilden. Dr. Diego Villanueva, Postdoktorand für Atmosphärenphysik an der ETH Zürich und Erstautor der Studie, merkt an: „In Gebieten mit höherem Staubgehalt ist die Wahrscheinlichkeit, dass Wolken im oberen Bereich gefrieren, deutlich erhöht. Dies beeinflusst direkt, wie viel Sonnenlicht zurück ins All reflektiert wird und wie viel Niederschlag entsteht.“
Die Forschung konzentrierte sich auf Wolken, die sowohl unterkühltes Wasser als auch Eis enthalten und typischerweise bei Temperaturen zwischen -39 °C und 0 °C vorkommen. Solche Wolken sind häufig in mittleren und hohen Breiten anzutreffen, vor allem über dem Nordatlantik, Sibirien und Kanada. Die Untersuchung ergab, dass diese Wolken besonders empfindlich auf Veränderungen in der Umgebung reagieren, insbesondere auf das Vorhandensein von Kristallisationskernen, die hauptsächlich aus Wüstenstaub bestehen. Bei der Analyse der Eiswolken in Abhängigkeit vom Staubgehalt zeigten die Forscher ein eindeutiges Muster: Je mehr Staub vorhanden ist und je kälter die Wolken, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie als Eiswolken auftreten. Dieses Muster stimmte nahezu perfekt mit den Ergebnissen aus Laborversuchen überein, die sich mit der Gefrierung von Tröpfchen beschäftigten.
Die Studie stellt eine wichtige Referenz für Klimamodelle dar, da sie einen messbaren Zusammenhang zwischen der Staubkonzentration in der Luft und der Häufigkeit von Eiskristallen an der Oberseite von Wolken aufzeigt. Diese Erkenntnis ist entscheidend für die Verbesserung von Klimaprojektionen, da sie hilft, eines der unklarsten Elemente im Klimawandel zu beleuchten. Villanueva erläutert, dass das Verständnis der Wolkenbildung und deren Einfluss auf den Klimawandel eine komplexe Aufgabe ist, die jedoch durch diese neuen Erkenntnisse vereinfacht werden kann.
Die Forschung zeigt auch, wie wichtig es ist, die Wechselwirkungen zwischen Staub und Eis auf verschiedenen Skalen zu untersuchen – von der Nanomaterie bis hin zu großräumigen Atmosphärenbeobachtungen. Winzige Defekte an der Oberfläche der Staubpartikel dienen als Keime für die Bildung von Eiskristallen, die auch aus dem Weltraum beobachtet werden können. Jedoch variiert der Einfluss von Staub auf die Wolkenbildung je nach Region. In Wüstengebieten wie der Sahara, wo weniger Wolken entstehen, kann die Bewegung heißer Luft das Gefrieren von Tröpfchen unterdrücken. In der südlichen Hemisphäre sind es häufig Meeres-Aerosole, die die Rolle des Staubs übernehmen.
Die Forscher betonen, dass weitere Studien notwendig sind, um den Einfluss zusätzlicher Faktoren wie Aufwindstärke oder Luftfeuchtigkeit auf die Eisbildung in Wolken zu verstehen. Dennoch steht fest, dass Staubpartikel aus fernen Wüsten eine wesentliche Rolle bei der Gestaltung der Wolken über unseren Köpfen spielen und somit auch einen bedeutenden Einfluss auf die kommenden klimatischen Veränderungen haben.
