Was in der Atmosphäre alles vor sich geht, ist kompliziert. Das sieht man allein schon daran, wie schwer es ist, das Wetter vorherzusagen. Das wird zwar immer besser, aber hin und wieder steht man dann doch ohne Schirm im Regen.
Für eine Wolke braucht es Wasserdampf in der Luft
Auch wann, wo und wie Wolken entstehen, ist kompliziert, sagt Ottmar Möhler, Aerosol- und Wolkenphysiker am Karlsruher Institut für Technologie (KIT):
"Das ist auch ein zum Teil gut, zum Teil weniger gut verstandener Prozess. Damit eine Wolke entsteht muss die Luft Wasserdampf enthalten und sie muss sich abkühlen, damit die relative Feuchte zunimmt und irgendwann erreicht man dann Übersättigung."
Das bedeutet: Die Luftfeuchtigkeit ist höher als 100 Prozent – dann kann das Wasser erst auskondensieren.
Doch dafür braucht es auch noch einen sogenannten Kondensationskeim, einen Partikel, an dem das Wasser kondensieren kann. An einem heißen Sommertag kann das die Oberfläche des Glases mit der kalten Cola im Biergarten sein.
In der Antarktis herrschen besondere Bedingungen in der Luft
In der Atmosphäre können es alle möglichen Stoffe sein, wie menschengemachte Schadstoffe, die als Feinstaub hoch in die Atmosphäre getragen werden, aber auch natürliche Stoffe, wie Mineralien.
In der Antarktis, wo die Luft sehr sauber ist, übernehmen oft Aerosole die Rolle des Kondensationskeims. Aerosolforscher Möhler erklärt, dass es dabei ganz bestimmte Verbindung braucht: eine saure und eine basische Substanz.
Kommen sie miteinander in Kontakt können Säure und Base zusammen einen Aerosolpartikel bilden, der als Kondensationskeim für Wasser dient, es können sich Wolkentröpfchen und schließlich Wolken bilden.
Aus Pinguinexkrementen gelangt Ammoniak in die Luft
Ein solcher basischer Stoff, kann Ammoniak sein. Und um festzustellen, ob Pinguinexkrement eine Quelle für Ammoniak in der Atmosphäre sein könnte, untersuchten finnische Forschende die Konzentration in der Luft über der argentinischen Marambio-Station an der nordwestlichen Spitze der Antarktis.
Das Ergebnis: Wehte der Wind aus der Richtung einer acht Kilometer entfernten Pinguinkolonie mit etwa 60.000 Tieren, war etwa 1.000-mal mehr Ammoniak in der Luft als, wenn der Wind von woanders her wehte. Ottmar Möhler vom KIT erklärt:
"Dieses Ammoniak, was da gemessen und untersucht wurde, verbindet sich dann mit schwefelhaltigen Verbindungen, die aus dem Ozean kommen. Phytoplankton im Ozean emittiert eine Substanz namens Dimethylsulfid. Das wird in der Atmosphäre photochemisch umgewandelt, unter anderem Schwefelsäure, die mit dem Ammoniak zusammen diese neuen Partikel bildet."
Partikel aus Pinguinexkrementen könnten Klima beeinflussen
Nachdem die Pinguinkolonie jahreszeitgemäß weiterwanderte, sank zwar die Ammoniakkonzentration wieder, war aber nach einem Monat immer noch etwa 100-mal höher als normal.
Die Forschenden gehen davon aus, dass die so entstehenden Partikel als Kondensationskeime für die Wolkenbildung in dieser Gegend wirken können und so auch Einfluss auf das Klima in der Antarktis nehmen. In welche Richtung, ist allerdings unklar, sagt Ottmar Möhler:
"Wolken können in zweierlei Richtung auf’s Klima wirken. Einmal können sie kühlend wirken, weil sie das sichtbare Sonnenlicht zurückreflektieren – es kommt weniger Energie am Boden an, die dann in Wärme umgewandelt werden kann. Zum anderen ist Wasserdampf in der Luft – entweder in Gasform, aber auch in Wolkenform – eine Substanz, die die Wärmestrahlung, die von der Erde nach oben abgestrahlt wird, wieder zurückreflektiert."
Das Gegenteil dieses Effekts ist spürbar, wenn es in wolkenlosen Nächten schnell abkühlt – dann fehlt die Wolkenschicht, die die Wärme zur Erde zurückreflektiert.
Auch Nadelwälder und Algenblüten können die Wolkenbildung begünstigen
Aber auch andere biologische Prozesse können direkt zur Wolkenbildung beitragen. Die Arbeitsgruppe um Mikko Sipilä, der die Pinguin-Studie geleitet hat, konnte bereits zeigen, dass auch die nördlichen Nadelwälder Stoffe ausstoßen, die zusammen mit Säuren Kondensationskeime bilden können. Ottmar Möhler fügt hinzu:
"Im Ozean kommt es immer wieder zu Algenblüten, die dann Stoffe emittieren, die wichtig sein könnten für die Wolkenbildung. Überhaupt ist die Quelle für Partikel, auch eisbildende Partikel, über den Ozeanen weitgehend unerforscht, könnte aber auch sehr wichtig sein."
Es braucht die internationale Zusammenarbeit für weitere Klimaforschung
Viele Unbekannte also, die auch in den Klimavorhersagen für die nächsten Jahrzehnte noch fehlen. Forschung, wie die der finnischen Arbeitsgruppe, hält Ottmar Möhler deshalb für unerlässlich:
"Es ist auch sehr wichtig, denke ich, dass diese internationale Zusammenarbeit unter Einbeziehung aller Nationen, die in der Arktis Zugänge haben weitergeführt wird. Weil nur in dieser internationalen Zusammenarbeit man dann auch offene Fragen, wichtige Fragen, bearbeiten und beantworten kann."
