Organische Moleküle aus Bäumen säen hervorragend Wolken, wie eine CERN-Studie zeigt – Physics World

Eine Familie organischer Verbindungen, die von Bäumen freigesetzt werden, könnte bei der Wolkenbildung eine weitaus größere Rolle spielen als bisher angenommen. Das ist die Schlussfolgerung von Lubna Dada am Schweizer Paul Scherrer Institut und einem internationalen Team, die sagen, dass ihre Erkenntnisse eine entscheidende Rolle bei der Vorhersage der Zukunft des Erdklimas spielen könnten.

Wenn Bäume unter Stress geraten, setzen sie organische Moleküle frei, die mit Ozon, Nitratradikalen und anderen Verbindungen in der Atmosphäre reagieren. Bei diesen Reaktionen entstehen winzige Feststoffpartikel, sogenannte ultra-low-volatility Organic Compounds (ULVOCs).

In einigen Fällen können ULVOCs so groß werden, dass Wassertröpfchen auf ihrer Oberfläche kondensieren und so die Wolkenbildung fördern. Wolken haben erhebliche Auswirkungen auf das Erdklima – viele davon sind kaum bekannt. Daher darf das Verständnis des Einflusses von ULVOCs in globalen Klimamodellen nicht außer Acht gelassen werden.

Die wichtigsten an der ULVOC-Bildung beteiligten Moleküle sind drei Arten von Kohlenwasserstoffen: Isopren, Monoterpen und Sesquiterpen. Erschwerend kommt hinzu, dass Wissenschaftler glauben, dass der Klimawandel nun ihre Emissionen in die Atmosphäre verändert.

Konzentration steigern

„Die Konzentration der Terpene nimmt zu, weil Pflanzen bei Stress mehr davon freisetzen – zum Beispiel bei steigenden Temperaturen und extremen Wetterbedingungen und wenn die Vegetation häufiger Dürreperioden ausgesetzt ist“, erklärt Dada.

Durch frühere Forschungen verfügen Klimaforscher nun über ein solides Verständnis darüber, wie steigende Isopren- und Monoterpenwerte die globale Wolkenbildung beeinflussen – und helfen ihnen, bessere Vorhersagen über die Zukunft des Erdklimas zu treffen.

Bisher ließ sich die Rolle der Sesquiterpene weitaus schwieriger bestimmen. „Das liegt daran, dass sie ziemlich schwer zu messen sind“, sagt Dada. „Zum einen, weil sie sehr schnell mit Ozon reagieren, und zum anderen, weil sie deutlich seltener vorkommen als die anderen Stoffe.“

Trotz ihrer geringeren Emission ist es wahrscheinlicher als bei Isopren und Monoterpen, dass diese Moleküle die großen Partikel bilden, die für die Wolkenbildung erforderlich sind. Letztendlich bedeutet dies, dass ein tieferes Verständnis der wolkenbildenden Rolle von Sesquiterpen für die Verbesserung unserer Modelle des Erdklimas von entscheidender Bedeutung sein wird.

Bewölkt am CERN

In ihrer Studie untersuchte Dadas Team die Fähigkeit von Sesquiterpenen, ULVOCs zu bilden Kosmische Kräfte hinterlassen Tröpfchen im Freien (CLOUD)-Kammer am CERN in Genf. Dort können die Forscher verschiedene atmosphärische Bedingungen simulieren, die bei der Wolkenbildung eine Rolle spielen.

„Auf fast 30 m³Diese geschlossene Klimakammer ist die reinste ihrer Art weltweit. Es ist so rein, dass es uns ermöglicht, Sesquiterpene selbst bei den in der Atmosphäre gemessenen geringen Konzentrationen zu untersuchen“, erklärt Dada.

Das Team begann mit einer Mischung, die nur aus Isopren und Monoterpen bestand, und maß, wie sich die Geschwindigkeit der Wolkenbildung in der Kammer veränderte, wenn die Konzentration an Sesquiterpen erhöht wurde. Die Wirkung war sofort spürbar. Selbst als Sesquiterpen nur 2 % der Mischung in der CLOUD-Kammer ausmachte, hatte die erhöhte Ausbeute an ULVOCs die Wolkenbildungsrate bereits verdoppelt.

Plastikaerosole in der Atmosphäre könnten das Klima beeinflussen

Wie Dada erklärt: „Dies lässt sich dadurch erklären, dass ein Sesquiterpenmolekül aus 15 Kohlenstoffatomen besteht, während Monoterpene nur aus zehn und Isoprene nur aus fünf bestehen.“ Aufgrund seines höheren Molekulargewichts ist Sesquiterpen noch weitaus weniger flüchtig als die beiden anderen Moleküle, wodurch es leichter zu festen Partikeln zusammenwachsen kann.

Die Ergebnisse zeigen, dass der wolkenbildende Einfluss von Sesquiterpenen in zukünftige globale Klimamodelle einbezogen werden muss. Dada und Kollegen hoffen, dass ihre Studie es Klimawissenschaftlern ermöglichen wird, bessere Vorhersagen darüber zu treffen, wie sich die Wolkenbildung und ihre Auswirkungen auf die Erdatmosphäre verändern werden, wenn sich der Planet weiter erwärmt.

Aufbauend auf ihren Techniken wollen die Forscher nun ein umfassenderes Bild davon gewinnen, wie das Klima bereits durch Emissionen anderer vom Menschen verursachter Verbindungen beeinflusst wurde. „Als nächstes wollen wir mit unseren CLOUD-Partnern untersuchen, was genau während der Industrialisierung passiert ist“, erklärt Teammitglied, Imad El Haddad. „Zu dieser Zeit vermischte sich die natürliche Atmosphäre zunehmend mit anthropogenen Gasen wie Schwefeldioxid, Ammoniak und anderen anthropogenen organischen Verbindungen.“

Die Forschung ist beschrieben in Wissenschaft Fortschritte.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/organic-molecule-from-trees-excels-at-seeding-clouds-cern-study-reveals/