Schlüssel für Klima-Regulierung 09.10.2013, 14:15 Uhr

CLOUD-Experiment: Amine aus der Tierhaltung tragen zur Wolkenbildung bei

Wolken kühlen und wirken damit der Klimaerwärmung entgegen. Wie Wolken entstehen, weiß man aber bis heute nicht genau. Dass Amine, also organische Abkömmlinge des Ammoniaks, aus der Tierhaltung dabei eine wichtige Rolle spielen, hat jetzt ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Wissenschaftlern der Frankfurter Goethe-Universität nachgewiesen. 

CLOUD-Experiment: Ein Blick ins Innere der CERN-Kammer mit Projektleiter Jasper Kirkby.

CLOUD-Experiment: Ein Blick ins Innere der CERN-Kammer mit Projektleiter Jasper Kirkby.

Foto: CERN/Maximilien Brice

Damit aus Wasserdampf Tröpfchen werden können, die Wolken bilden, braucht es Aerosole, kleine Schwebeteilchen, an denen sich die Wassermoleküle anlagern können. Mit dem CLOUD-Experiment (Cosmics Leaving Outdoor Droplet) untersucht ein internationales Forscherteam am Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz, welche Spurengase zur Entstehung von Aerosolen beitragen. In der aktuellen Studie, deren Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht sind, hat sich das Team mit Aminen befasst. Das sind Ammoniak-Derivate, die vor allem bei der Tierhaltung entstehen, aber auch vom Meer, den Böden, und bei der Verbrennung von Biomasse freigesetzt werden. „Wir konnten erstmals zeigen, dass Amine äußerst effizient Partikel bilden, weil sie starke Bindungen mit Schwefelsäuredämpfen eingehen“, erklärt Joachim Curtius vom Institut für Atmosphäre und Umwelt der Goethe-Universität.

Menschen beeinflussen Wolkenbildung

Wolken sind wichtig fürs Klima: Sie reflektieren das Sonnenlicht und gehören deshalb zu den kühlenden Faktoren. „Die Neubildung von Aerosolpartikeln in der Atmosphäre könnte ein Schlüsselprozess für die Regulation des Klimas sein, da wir davon ausgehen, dass etwa die Hälfte der Wassertröpfchen in Wolken an Aerosolpartikeln kondensiert, die sich erst in der Atmosphäre neu gebildet haben“, erklärt Curtius. Menschliche Aktivitäten haben also insofern einen Einfluss auf die Wolkenbildung, als sie den Anteil an Aerosolpartikeln in der Atmosphäre erhöht haben.

Mit CLOUD steht den Forschern ein 26 Kubikmeter großer Edelstahltank zur Verfügung, in dem sie die Bildung von Aerosolpartikeln und Wolken untersuchen können. Unter präzise kontrollierbaren Voraussetzungen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Konzentrationen verschiedener Stoffe, Licht und selbst kosmischer Strahlung können die Bedingungen nachgebildet werden, die in der Atmosphäre herrschen.

Das ist wichtig, weil die untersuchten Dimethyl-Amine in der Atmosphäre in extrem niedrigen Konzentrationen von einem Molekül auf eine Billion Luftmoleküle vorkommen. Sie verbinden sich mit Schwefelsäuredampf zu stabilen Aerosolpartikeln. In dieser Wolkenkammer konnten die Forscher zum ersten Mal die Entstehungsrate dieser Partikel in der unteren Atmosphäre unter Laborbedingungen reproduzieren. „Die Ergebnisse legen nahe, dass natürliche und anthropogene Amin-Quellen das Klima beeinflussen könnten“, resümiert Curtius. 

Neues Verfahren misst Spurenstoffe in Echtzeit

Eine der in der Wolkenkammer eingesetzten Schlüsseltechniken ist das hochempfindliche Messverfahren „PTR-TOF-MS“ (Proton-Transfer-Reaction Time-of-Flight Mass Spectrometer). Dieses Verfahren kann winzige Mengen organischer Spurenstoffe in Echtzeit in der Kammerluft messen. Es wurde vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck in enger Zusammenarbeit mit dem Spin-Off-Unternehmen „Ionicon Analytik“ entwickelt und wird für die Experimente am CERN laufend weiter verfeinert. Diese Technik liefert in Echtzeit Resultate mit extrem hoher Nachweiswahrscheinlichkeit. Die bis dahin verwendeten Verfahren für die Untersuchung von Luft auf flüchtige organische Verbindungen waren zeit- und kostenintensiv und lieferten erst im Nachhinein Ergebnisse.

Mehr Amin-Emissionen in der Zukunft

Die Emission von Aminen wird künftig wahrscheinlich zunehmen: Die Gasreinigung mit Hilfe von Aminen gilt als zukunftsträchtige Technik zur Abscheidung von Kohlendioxid aus der Verbrennung von Braun- und Steinkohle in Kraftwerken. Die Ausbreitung von diesen Aminen könnte dazu führen, dass sich der kühlende Effekt durch Aerosole verstärkt.

Von Andrea Ziech Tags:

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