Neue Erkenntnisse über die Rolle von Zucker und Salz aus den Ozeanen zeigen, dass diese Substanzen bis in die höheren Atmosphärenschichten aufsteigen können und dabei eine bedeutende Auswirkung auf das Klima, insbesondere in der Arktis, haben. Eine Forschungsgruppe, die im Herbst 2021 und Frühjahr 2022 auf Spitzbergen tätig war, hat durch Ballonmessungen festgestellt, dass diese Meeresbestandteile die Wolkenbildung beeinflussen. Dies geschieht zu einem Zeitpunkt, an dem die Arktis zunehmend eisfrei wird, was dazu führt, dass mehr dieser klimarelevanten Teilchen in die Atmosphäre gelangen.
Die Studie wurde unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) durchgeführt und umfasste auch Wissenschafter von verschiedenen Institutionen, darunter die Universität Köln, das Alfred-Wegener-Institut und das Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. Diese Forschung ist Teil eines größeren Projekts, das sich mit den Klimaveränderungen in der Arktis beschäftigt.
Die zentrale Arktis wird im Winter von Meereis bedeckt, während im Sommer immer mehr offene Wasserflächen entstehen. In diesem Kontext spielen Partikel aus Meeresgischt, die als Aerosole in die Atmosphäre gelangen, eine entscheidende Rolle. Diese Partikel sind entscheidend für die Wolkenbildung, da sie als Keime fungieren, an denen sich Wassertröpfchen bilden. Mit dem schwindenden Meereis wird die Bedeutung dieser Aerosole voraussichtlich zunehmen, da sie durch brechende Wellen und Luftblasen aus dem Meerwasser in die Luft gelangen.
Die chemische Zusammensetzung dieser Partikel umfasst anorganische Meersalz-Ionen wie Natrium und Chlorid, aber auch organische Substanzen, die aus dem Oberflächenfilm des Meeres stammen. Zu diesen organischen Bestandteilen zählen marine Kohlenhydrate, die von Algen und Bakterien produziert werden. Eine Studie aus dem Jahr 2025 deutete darauf hin, dass die Fähigkeit dieser Partikel, Eis zu bilden, stark von den enthaltenen Polysacchariden abhängt.
Modellsimulationen haben gezeigt, dass marine Zucker, insbesondere in einem Temperaturbereich von -20 bis -15 °C, eine wesentliche Rolle bei der Eiskeimbildung in abgelegenen Ozeanregionen spielen, wo terrestrische Eiskeimpartikel nahezu nicht vorhanden sind. Diese Eiskeimpartikel fördern die Eisbildung in Wolken und beeinflussen somit deren Strahlungseigenschaften und die Niederschlagsbildung.
Trotz der wachsenden Anerkennung der Bedeutung dieser Zucker in der atmosphärischen Forschung gab es bisher nur wenige Messungen, die deren Verbreitung in höheren Atmosphärenschichten dokumentierten. Um diese Wissenslücke zu schließen, führten die Forscher im Rahmen ihrer Expedition in Ny-Ålesund auf Spitzbergen Messungen in Höhenlagen von 300 bis 1000 Metern durch. Diese Messungen wurden mit Bodenproben kombiniert, um den Transport von marinen Zuckern in die Atmosphäre nachzuvollziehen.
Der Fesselballon BELUGA, der bereits zuvor bei anderen Forschungsprojekten eingesetzt wurde, sammelte die Luftproben. Die Ergebnisse der Analyse zeigen, dass die Zuckermoleküle in der Atmosphäre nicht nur aus dem Ozean stammen, sondern auch durch biochemische Prozesse in der Luft gebildet werden können. Besonders unter feuchten Bedingungen, wie sie in Wolken auftreten, konnten Forscher die direkte Bildung dieser Zucker beobachten, was auf einen Zusammenhang mit dem Stoffwechsel von Mikroben hinweist.
Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass marine organische Stoffe eine dynamischere Rolle im Klimasystem der Arktis spielen als bisher angenommen. Der Transport dieser Zucker in relevante Höhen für die Wolkenbildung hat weitreichende Implikationen für die Wolkenmikrophysik. Mit dem fortschreitenden Klimawandel und dem Rückgang des Meereises wird die Bedeutung dieser marinen Zucker weiter zunehmen.
Um auch Daten aus dem antarktischen Raum zu sammeln, plant das Team der BELUGA-Expedition, zukünftige Forschungsreisen im Rahmen der Antarctica-Insync-Studien zu nutzen. Diese neuen Erkenntnisse über die Rolle von Zucker aus dem Ozean im Klimasystem sind entscheidend, um die komplexen Wechselwirkungen besser zu verstehen, die zur Erwärmung der Arktis beitragen.
