Klimawandel: Kosmische Strahlung beeinflusst Klima kaum

Wie groß der Einfluss der Sonnenaktivität über die kosmische Strahlung auf die Wolkenbildung und damit das Klima ist, ist umstritten. Ein Experiment am Teilchenbeschleuniger Cern zeigt nun, dass die Mitwirkung der kosmischen Strahlung eher gering ist.

Wo Kinder Wattebäusche, Gesichter, Drachen oder Segelschiffe am Himmel erkennen, sehen Atmosphärenphysiker vor allem Partikel - Sulfate, Amine und andere chemische Verbindungen. Wie diese genau zusammenspielen, um Wolken zu erzeugen, ist eine spannende Frage für Forscher.

Das Grundprinzip ist zwar klar - Wassermoleküle lagern sich an Kondensationskeime an und bilden winzige Tröpfchen -, aber die Häufigkeit, mit der dies passiert, passt noch nicht so recht zu den theoretischen Modellen.

Diese wissenschaftliche Lücke versucht eine Arbeitsgruppe am Forschungszentrum Cern bei Genf zu schließen. Die Physiker von mehreren Universitäten und Instituten - aus Deutschland sind die Universität Frankfurt und das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig dabei - haben eine Versuchskammer aufgebaut, in der sie die Bildung von Kondensationskeimen nachstellen können. Das erfordert große Sorgfalt, damit aus der normalen Luft keine Verunreinigungen ins Experiment eindringen und Ergebnisse verfälschen.

Mit ihrem Apparat hat die Gruppe namens Cloud nun erkannt, dass Amine eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Kondensationskeimen spielen, die Teilchenstrahlung aus dem Weltraum aber - anders als manche Forscher spekulieren - nur wenig beiträgt (Nature, online).

Amine sind chemisch veränderte Ammoniak-Moleküle, die in der Tierhaltung entstehen, aber auch aus dem natürlichen Boden oder dem Ozean stammen können. Den Experimenten der Cern-Forscher zufolge bilden sie in der Luft sehr schnell Partikel mit Schwefelsäuremolekülen, und zwar schon in winzigen Mengen: Stieg die Zahl der Amine in der Luft auf acht Moleküle pro einer Billion Luftmoleküle (ppt, parts per trillion), so stieg die Zahl der wolkenmachenden Kondensationskeime um einen Faktor von fast eintausend.

Darüber blieb die keimerzeugende Wirkung aber bis 140 ppt unverändert. "Früher haben Forscher mit viel höheren Konzentrationen gearbeitet. Kein Wunder, dass sie kaum einen Effekt gesehen haben", sagt Urs Baltensperger vom Paul-Scherrer-Institut im schweizerischen Villigen, der auch zur Cloud-Arbeitsgruppe gehört.

Welchen Beitrag dieser erstaunliche Mechanismus in der realen Atmosphäre leistet, bleibt aber unklar. Freie Amine sind in der Atmosphäre schwer zu messen, gerade weil sie sich so schnell und standhaft an Schwefelsäure binden. Das erkläre auch, warum kosmische Strahlen (geladene Partikel, die aus dem All auf die Lufthülle der Erde prallen) die Bildung von Kondensationskeimen mit Amin-Beteiligung im Cloud-Experiment kaum beschleunigten, sagt Urs Baltensperger.

Seine Arbeitsgruppe hat dazu Pionen aus den Cern-Beschleunigern in die Kammer geschossen. Diese gehören zur kosmischen Strahlung, die permanent in der Atmosphäre geladene Ionen erzeugt. Das kann im Prinzip die Bildung von Kondensationskeimen fördern. Doch die genannten Amine brauchen diese Unterstützung offenbar nicht.

Diese Erkenntnis hat Bedeutung für die Klimaforschung. Mehr Kondensationskeime bedeutet unter Umständen mehr Wolken, die Sonnenlicht ins All zurückwerfen und so die Erde kühlen.

Hinge die Zahl der Kondensationskeime und damit die Wolkenbedeckung von der kosmischen Strahlung ab, wäre die Sonne womöglich ein bedeutender Faktor im Klimageschehen. Ihr schwankendes Magnetfeld würde mal mehr und mal weniger Teilchenstrahlen aus dem All auf die Erde prallen lassen. Damit hätte die Sonne einen größeren Einfluss auf das Klima, als es unter anderem der Weltklimarat IPCC vermutet.

Doch das Cloud-Experiment lässt die Mitwirkung der kosmischen Strahlung gering erscheinen.