Wolken spielen eine entscheidende Rolle im Klimageschehen. Wie sie entstehen ist in Teilen immer noch ein Geheimnis – vor allem der Einfluss der Aerosole, der kleinen Schwebteilchen in der Luft, bedarf weiterer Aufklärung. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie und der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz können nun ein neues Puzzelteilchen einfügen: Sie konnten nachweisen, dass organische Aerosole sehr ähnliche Eigenschaften annehmen, wenn sie eine Weile in der Luft verweilen und dabei chemisch altern – gleich ob sie von Pflanzen, Dieselmotoren oder Industrieanlagen freigesetzt wurden. Das mache es leichter, ihren Beitrag in Klimamodellen zu berücksichtigen, schreiben die Forscher um Stephan Borrmann vom MPI.

Aerosole und ihre Wirkung
© Johannes Schneider / MPI für Chemie
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Die Wissenschaftler hatten organische Aerosole aus unterschiedlichen Quellen analysiert und beobachtet, dass sich die Partikel in mancher Hinsicht ähneln – vor allem bezüglich ihres Einflusses auf die Wolkenbildung und somit das Klima. In den Partikeln aus aller Welt fanden sich zwar unterschiedlich hohe Anteile verschiedener anorganischen Substanzen wie Sulfaten oder Nitraten. "Wir waren aber überrascht, wie sehr sich die organischen Bestandteile der Aerosole ähnelten, gleich ob sie aus dem Zentrum von Mexiko City, einer Insel Japans, dem finnischen Wald oder den Schweizer Alpen stammten", sagte Jose-Luis Jimenez, Wissenschaftler an der Universität von Colorado in Boulder und Leiter des Teams.

Organische Stoffe machten je nach Messort 20 bis 90 Prozent aller Aerosole aus, die kleiner als ein Mikrometer sind, und bislang gingen Atmosphärenforscher davon aus, dass organische Substanzen in Aerosolen die Wolkenbildung nicht als Kondensationskern fördern. Doch das stimmt nicht, wie die neuen Ergebnisse zeigen. Demnach verwischen chemische Reaktionen in der Atmosphäre die Unterschiede, die zunächst zwischen den freigesetzten organischen Stoffen bestehen. Dabei bilden sich vor allem Substanzen, an denen Wolkentröpfchen sogar besser kondensieren als an den Ausgangsstoffen. "Die organischen Aerosole tragen also womöglich mehr zur Wolkenbildung bei, als wir bislang dachten", erklärt Johannes Schneider, der am Max-Planck-Institut für Chemie an der Untersuchung mitgearbeitet hat. Je länger sich Stoffe wie Treibstoffreste oder pflanzliche Terpene in der Atmosphäre befinden, desto stärker werden sie oxidiert. Der steigende Sauerstoffgehalt führt dazu, dass die Verbindungen sich wiederum bevorzugt an vorhandenen Teilchen anlagern oder neue Teilchen bilden, wobei sie sich auch mit anorganischen Stoffen vermischen.

Am Ende entstehen Partikel, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften sehr ähneln, weshalb sie auf jeweils ähnliche Weise ins Klimageschehen eingreifen: Je stärker sie oxidiert sind, desto mehr Wasser können sie aufsaugen und desto effektiver wirken sie als Kondensationskeime für die Wolkenbildung. Ob diese im Labor beobachtete Eigenschaft auch in der Atmosphäre auftritt, möchten die Forscher nun herausfinden, blickt Schneider in die Zukunft: "Wir wollen mit einem Forschungsflugzeug Wolkentröpfchen sammeln und analysieren, ob wir darin Aerosole mit vielen gealterten organischer Substanzen finden. Erst dann wissen wir, ob sie tatsächlich so wirken, wie wir jetzt vermuten."