© Stephan Mertes
Damit sich ein reiner Wolkentropfen in der Atmosphäre bilden könnte, wären sehr hohe Wasserdampfübersättigungen von mehreren hundert Prozent nötig. Dieser Prozess, genannt homogene Nukleation, ist zwar physikalisch möglich, jedoch unwahrscheinlich in Bezug auf unsere Atmosphäre. Denn in der Luft schweben bestimmte Aerosolpartikel, an deren Oberfläche sich Wassermoleküle bei bereits geringen Übersättigungen (einige Promille bis wenige Prozent) anlagern und somit Wolkentropfen bilden können. Diese Partikel heißen Wolkenkondensationskeime. Sie bieten eine Oberfläche an der sich die Wassermoleküle aus der Gasphase energetisch bevorzugt anlagern können. Je nach Größe und chemischer Zusammensetzung der Wolkenkondensationkeime geschieht dies unterschiedlich effizient. Wolkenkondensationkeime (z.B. Seesalzpartikel) gibt es überall in der Erdatmosphäre, aber sie variieren in Anzahl und Zusammensetzung. Bereits bevor sie zum Wolkentropfen aktiviert werden, können sie durch das angelagerte Wasser aufwachsen.
Wir untersuchen weltweit wie hoch die Konzentration der Wolkenkondensationskeime ist und welchen Ursprungs diese sind. Das Verhältnis zwischen dem zur Verfügung stehenden Wasserdampf und der Anzahl der Partikel bestimmt die Größe der resultierenden Wolkentropfen. Größe und Anzahl der Tropfen ist eine wesentliche Eigenschaft von Wolken, die u. a. beeinflusst wie stark eine Wolke Sonnenlicht reflektiert, Wärmestrahlung absorbiert und ebenso ob und wann die Wolke ausregnet. Einerseits untersuchen wir dazu wie viele Aerosolpartikel als Wolkenkondensationskeime dienen können andererseits studieren wir aber auch die verbleibenden Partikel nach gezielter Sammlung und Verdunstung von Wolkentropfen, um den ursprünglichen Kondensationskeim genauer zu beschreiben.
Eine Wolke ist kein statisches Gebilde. Das weiß jeder der schon einmal eine Wolke über eine Weile beobachtet hat. Es verändert sich aber nicht nur die äußere Erscheinung der Wolke, sondern auch wesentliche Eigenschaften, durch die Wechselwirkung mit der umgebenden Luft. Diesen Veränderungen durch Turbulenz gehen wir ebenfalls auf den Grund und das in realen Wolken mit einer Messplattform die wir in Wolken tauchen können und auch im institutseigenen turbulenten Windkanal.
Hier nochmals die Links zu unseren Forschungsthemen:
Laborstudien zum Zusammenhang zwischen hygroskopischem Wachstum und Tropfenaktivierung
Wolkenkondensationskeime: Charakterisierung im Feld
Charakterisierung von Tropfenresiduen in realen Wolken
In-situ Messungen von Turbulenz in Wolken