Klimaforschung in Karlsruhe:Boom der Wolkenforschung

Lesezeit: 6 min

Aida wurde 1996 gebaut, für damals zwei Millionen D-Mark. Eigentlich sollte die Kammer etwas anderes als Wolken erforschen: Ende des 20.Jahrhunderts gab es vor allem Gelder für die Erforschung des Ozonlochs. "2003 haben wir gelernt, Wolken zu machen", sagt Möhler. Den Forschern war eher per Zufall aufgegangen, dass sich kleine Tröpfchen in ihrer Kammer bilden, wenn sie die Luft abpumpen. Seit 2005 erlebt man nun einen Boom in der Wolkenforschung, sagt Möhler. In Japan steht eine mit Aida vergleichbare Wolkenkammer, und am Genfer Forschungszentrum Cern.

Generell haben es die Physiker geschafft, ein so vielseitiges Phänomen wie Wolken auf dessen wissenschaftlichen Kern zu reduzieren. Wo Meteorologen zig Typen unterscheiden, denken Physiker eigentlich nur noch in drei Kategorien, wie Möhler sagt. Da sind zunächst die tief liegenden Flüssig- oder Cumuluswolken, die sich jederzeit bei Temperaturen über null Grad Celsius aus Wassertröpfchen formen können. Daneben gibt es Wolken aus Eiskristallen, die sich bilden, wenn Wassertröpfchen in einem Luftpaket auf dem Weg in eisige Höhen gefrieren. Alles dazwischen ist für Physiker eine Mischung aus flüssiger und eisiger Wolke.

In ihrem Labor können die Karlsruher bestimmen, welche Wolkenart sie untersuchen wollen. Druck und Temperatur in Aida lassen sich punktgenau regeln, dank Kühlung mit flüssigem Stickstoff kann es im Inneren minus 90 Grad Celsius kalt werden. In die Kammer blasen die Forscher Wasserdampf und exakt dosierte Aerosol-Partikel - und schauen, was passiert. Der Phantasie der Wissenschaftler sind dabei kaum Grenzen gesetzt. Im Sommer 2012 kam ein Team vom Massachusetts Institute of Technology zu Besuch und studierte mithilfe von Aida, wie Wolken aus Marsstaub aussehen könnten.

Schwachpunkt ist die "Mikrophysik"

Möhler und seine Gruppe interessiert sich vor allem für Eis- und Mischwolken. Besonders in Polnähe könnten sie sich in Zukunft häufiger bilden und so die Erwärmung der Erde beschleunigen. Das halten zumindest die Autoren des jüngsten Berichts des Weltklimarats IPCC für möglich, denn die hellen Schleierwolken lassen Sonnenlicht durch, schlucken aber die von der Erdoberfläche reflektierte Wärmestrahlung. Aber die Wissenschaft versteht erst langsam, welche Sorte Schwebeteilchen sich wie auf die Bildung von Eiskristallen auswirkt. "Wenn es um die Rolle der Aerosole bei der Wolkenbildung geht, stehen wir noch am Anfang", sagt Möhler.

Bisher ist nur gewiss, dass viele der Aerosole Wasserdampf in eisigen Höhen schneller gefrieren lassen. Von allein erstarren seine Tröpfchen erst bei minus 38 Grad. In der Realität bilden sich aber schon bei deutlich wärmeren Temperaturen Eiskristalle in Wolken. Im Detail verstehen kann man dieses Phänomen nur, wenn man das Zusammentreffen einzelner Schwebeteilchen mit eiskalten Wassermolekülen im Labor studiert. Bisher sei diese "Mikrophysik" ein Schwachpunkt jedes Klimamodells, schreiben die Autoren des IPCC-Reports. Die meisten Simulationen der Wissenschaftler unterteilen die Atmosphäre in horizontale Scheiben von 100 bis 1000 Meter Dicke - ob darin eishaltige Wolken entstehen, entscheidet sich indes vermutlich auf deutlich kleineren Skalen.

Aber selbst wenn die Modelle eines Tages mit besserer Auflösung rechnen, bleibt ein prinzipielles Problem. "Das sind keine deterministischen Prozesse mehr, sondern stochastische", sagt KIT-Forscher Alexei Kiselev. Soll heißen: Mal gefriert ein Wassertropfen fast sofort, wenn er einem Schwebeteilchen begegnet, mal erst nach einigen Sekunden. Schuld sind die Gesetze der Quantenphysik, die Begegnungen zwischen winzig kleinen Objekten nur noch als Kaskade von Wahrscheinlichkeiten begreifbar machen. Für Wissenschaftler, die reale Vorhersagen über die makroskopische Welt treffen wollen, ist das natürlich ein Albtraum. Überwinden kann man ihn wenn überhaupt mit viel Fleiß.

Zur SZ-Startseite

Lesen Sie mehr zum Thema

Süddeutsche Zeitung
  • Twitter-Seite der SZ
  • Facebook-Seite der SZ
  • Instagram-Seite der SZ
  • Mediadaten
  • Newsletter
  • Eilmeldungen
  • RSS
  • Apps
  • Jobs
  • Datenschutz
  • Kontakt und Impressum
  • AGB