Wolkenkondensationskerne - Cloud condensation nuclei

Aerosolverschmutzung über Nordindien und Bangladesch ( Satellitenbild der NASA)

Wolkenkondensationskerne ( CCNs ), auch bekannt als Wolke Samen , sind kleine Teilchen typischerweise 0,2  & mgr; m oder 1/100 der Größe eines Wolkentröpfchen auf dem Wasserdampf kondensiert. Wasser benötigt eine nicht gasförmige Oberfläche, um vom Dampf in eine Flüssigkeit überzugehen ; dieser Vorgang wird als Kondensation bezeichnet . In der Erdatmosphäre präsentiert sich diese Oberfläche als winzige feste oder flüssige Partikel, sogenannte CCNs. Wenn keine CCNs vorhanden sind, kann Wasserdampf bei etwa -13 ° C (9 ° F) für 5–6 Stunden unterkühlt werden, bevor sich spontan Tröpfchen bilden. (Dies ist die Grundlage der Nebelkammer zum Nachweis subatomarer Partikel.) Bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt müsste die Luft auf etwa 400% übersättigt sein , bevor sich die Tröpfchen bilden könnten.

Das Konzept von CCN wird bei der Wolkenaussaat verwendet , bei der versucht wird, den Niederschlag zu fördern, indem die Luft mit Kondensationskeimen geimpft wird. Es wurde ferner vorgeschlagen, dass die Erzeugung solcher Kerne für die Aufhellung von Meereswolken verwendet werden könnte , eine Technik der Klimatechnik .

Größe, Fülle und Zusammensetzung

Ein typischer Regentropfen hat einen Durchmesser von etwa 2 mm, ein typisches Wolkentröpfchen liegt in der Größenordnung von 0,02 mm und ein typischer Wolkenkondensationskern ( Aerosol ) hat einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,0001 mm oder 0,1 µm oder mehr. Die Zahl der Wolkenkondensationskeime in der Luft ist messbar und liegt zwischen 100 und 1000 pro Kubikzentimeter. Die Gesamtmasse der in die Atmosphäre injizierten CCNs wurde  über einen Zeitraum von einem Jahr auf 2x10 12 kg geschätzt .

Es gibt viele verschiedene Arten von atmosphärischen Partikeln , die als CCN wirken können. Die Partikel können aus Staub oder Ton , Ruß oder Ruß von Grünland- oder Waldbränden, Meersalz aus Meereswellenspray, Ruß aus Fabrikschornsteinen oder Verbrennungsmotoren, Sulfat aus vulkanischer Aktivität, Phytoplankton oder der Oxidation von Schwefeldioxid und sekundären bestehen organische Substanz, die durch die Oxidation flüchtiger organischer Verbindungen entsteht . Die Fähigkeit dieser verschiedenen Partikeltypen, Wolkentröpfchen zu bilden, variiert je nach ihrer Größe und auch ihrer genauen Zusammensetzung, da die hygroskopischen Eigenschaften dieser verschiedenen Bestandteile sehr unterschiedlich sind. So nehmen beispielsweise Sulfat und Meersalz leicht Wasser auf, während Ruß, organischer Kohlenstoff und mineralische Partikel dies nicht tun. Dies wird noch komplizierter durch die Tatsache, dass viele der chemischen Spezies in die Partikel eingemischt werden können (insbesondere das Sulfat und der organische Kohlenstoff). Während einige Partikel (wie Ruß und Mineralien) zwar kein sehr gutes CCN bilden, wirken sie in kälteren Teilen der Atmosphäre jedoch als Eiskeime .

Anzahl und Art der CCNs können Niederschlagsmenge, Lebensdauer und Strahlungseigenschaften von Wolken sowie die Menge beeinflussen und damit den Klimawandel beeinflussen . Modellierungsforschung unter der Leitung von Marcia Baker ergab, dass Quellen und Senken im Gleichgewicht sind, was zu stabilen CCN-Werten in der Atmosphäre führt. Es gibt auch Spekulationen , dass Solar-Variation über CCNs Wolkeneigenschaften beeinflussen kann und damit Klima beeinflussen .

Phytoplanktonblüte in der Nordsee und im Skagerrak – NASA

Rolle des Phytoplanktons

Als CCN wirken Sulfataerosole (SO 4 2− und Methansulfonsäuretröpfchen ). Diese Sulfataerosole bilden sich teilweise aus dem Dimethylsulfid (DMS), das von Phytoplankton im offenen Ozean produziert wird. Große Algenblüten in Meeresoberflächengewässern treten in einem weiten Bereich von Breitengraden auf und tragen beträchtliche DMS in die Atmosphäre als Kerne bei. Die Vorstellung, dass ein Anstieg der globalen Temperatur auch die Phytoplanktonaktivität und damit die CCN-Zahlen erhöhen würde, wurde als mögliches Naturphänomen angesehen, das dem Klimawandel entgegenwirken würde . In bestimmten Gebieten wurde von Wissenschaftlern eine Zunahme des Phytoplanktons beobachtet, die Ursachen sind jedoch unklar.

Eine Gegenhypothese wird in The Revenge of Gaia , dem Buch von James Lovelock, aufgestellt . Erwärmende Ozeane werden wahrscheinlich geschichtet , wobei die meisten Ozeannährstoffe in den kalten unteren Schichten eingeschlossen sind, während das meiste Licht, das für die Photosynthese benötigt wird, in der warmen oberen Schicht benötigt wird. In diesem Szenario würde das marine Phytoplankton ohne Nährstoffe zurückgehen, ebenso wie die Kondensationskerne von Sulfatwolken und die hohe Albedo, die mit niedrigen Wolken verbunden ist. Dies ist als CLAW-Hypothese bekannt (benannt nach den Initialen der Autoren eines Nature- Papiers von 1987 ), aber es wurden noch keine schlüssigen Beweise dafür vorgelegt.

Siehe auch

Verweise

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