Wolken: Wie große Tröpfchen kleinere erzeugen

Wolken spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des lokalen Wetters und des globalen Klimas. Die Aktivierung – also das Anwachsen durch die Ansammlung von Wasser auf eine bestimmte Größe – von Wolken­aerosolen wie Mineral­staub, Rußpartikel, Schad­stoffe, saure Moleküle und Ionen, beeinflusst den Lebens­zyklus einer Wolke. Daher ist ein detail­liertes Verständnis für eine zuver­lässige Klima­vorhersage und Wetter­vorhersage notwendig. Doch Wolken­forscher wissen bislang nicht, wie und warum die Anzahl der Eispartikel im Inneren der Wolken die Anzahl der Eiskeim­teilchen, die aktiviert werden könnten, übersteigt. Was sind die Haupt­quellen hinter dieser über­schüssigen sekundären Entstehung von Partikeln?

Wissenschaftler des MPI für Dynamik und Selbst­organisation haben jetzt einen solchen sekundären Partikel­produktions­prozess innerhalb von Wolken numerisch untersucht, der zu neuen Wasser­tröpfchen oder Eispartikeln führt. Von mehreren vorge­schlagenen physikalischen Prozessen zur Erzeugung neuer Tröpfchen haben jüngste experi­mentelle Studien gezeigt, dass ein großer Tropfen Aerosole nukleieren kann, er erzeugt also kleine Wasser­partikel aus Aerosolen im Kiel­wasser hinter sich, wenn er unter Einfluss der Schwerkraft herunter­fällt.

In Erweiterung der Experimente hat das Team detailliert verschiedene physikalische Faktoren analysiert, die zu einem Überschuss an Wasserdampf hinter den Hydro­meteoren wie Tröpfchen, Graupel oder Hagel führen. Außerdem haben die Forscher die Wirksamkeit dieses Prozesses auf die Aktivierung von Aerosolen zur Bildung neuer Wolken­partikel untersucht.

„Nicht alle Aerosole, sondern nur einige glückliche werden im Schlepptau hinter solchen nieder­schlagenden Hydro­meteoren mitgerissen, wo sie sich in einer hoch­feuchten Umgebung ausreichend lange aufhalten können“, erklärt Taraprasad Bhowmick vom MPI für Dynamik und Selbst­organisation. „Damit ist die notwendige Bedingung erfüllt, dass die Aerosole durch Ablagerung von Wasserdampf als neue Wolken­kondensations­kerne oder Eis­nukleations­partikel aktiviert werden." Die Wissen­schaftler konnten auch beschreiben, wie diese Aktivierung von Aerosolen durch Hydro­meteore zum Lebens­zyklus der Wolken beitragen kann.

„Die Studie eröffnet neue potenzielle Forschungs­gebiete. Unsere Gruppe freut sich darauf, diese Arbeit mit einer realis­tischeren Model­lierung der Wolken­bedingungen zu erweitern und plant eine detail­lierte Wachstums­verfolgung einzelner Aerosole, die mit solchen nieder­schlagenden Wolken­hydro­meteoren in Kontakt kommen", sagt Eberhard Boden­schatz, Leiter der Arbeits­gruppe.

MPIDS / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  T. Bhowmick et al.: Supersaturation in the wake of a precipitating hydrometeor and its impact on aerosol activation, Geophys. Res. Lett. 47, e2020GL091179 (2020); DOI: 10.1029/2020GL091179
• Fluidphysik, Strukturbildung und Biokomplexität (E. Bodenschatz), Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen