{"id":81823,"date":"2024-12-04T17:00:00","date_gmt":"2024-12-04T16:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=81823"},"modified":"2024-12-05T16:04:54","modified_gmt":"2024-12-05T15:04:54","slug":"der-amazonas-regenwald-als-wolkenmaschine-wie-gewitter-und-pflanzen-ausduenstungen-kondensationskeime-erzeugen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/der-amazonas-regenwald-als-wolkenmaschine-wie-gewitter-und-pflanzen-ausduenstungen-kondensationskeime-erzeugen\/","title":{"rendered":"Der Amazonas-Regenwald als Wolkenmaschine: Wie Gewitter und Pflanzen-Ausd\u00fcnstungen Kondensationskeime erzeugen"},"content":{"rendered":"

Zwei Studien unter Mitwirkung der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt, des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Chemie, der Universit\u00e4t Helsinki und des Leibniz-Instituts f\u00fcr Troposph\u00e4renforschung kl\u00e4ren zusammen mit brasilianischen Partnerinstitutionen einen Mechanismus auf, der Auswirkungen auf das Klima hat<\/em><\/p>\n\n\n\n

Der Regenwald im Amazonas d\u00fcnstet riesige Mengen von gasf\u00f6rmigem Isopren aus. Bislang galt, dass dieses Molek\u00fcl nicht weit in der Atmosph\u00e4re verbreitet wird, da es unter Lichteinwirkung rasch zerf\u00e4llt. Die Messkampagne CAFE-Brazil lieferte Daten f\u00fcr zwei Studien, die jetzt als Titelgeschichte der Zeitschrift Nature erscheinen und das anders sehen: Demnach transportieren n\u00e4chtliche Gewitter das Isopren in bis zu 15 Kilometer H\u00f6he. Dort reagiert es zu chemischen Verbindungen, die in der Lage sind, gro\u00dfe Mengen neuer Aerosolpartikel zu bilden. Diese wachsen weiter an und tragen als Kondensationskeime zur Bildung von Wolken bei. Der Mechanismus d\u00fcrfte auch Auswirkungen auf das Klima haben.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wer hat sich bei einem sommerlichen Spaziergang durch den Wald nicht schon einmal \u00fcber den w\u00fcrzigen Geruch in der Luft gefreut? Mitverantwortlich f\u00fcr diesen typischen Duft sind Terpene, eine Gruppe von Substanzen, die etwa im Baumharz oder in \u00e4therischen Pflanzen\u00f6len vorkommen. Ihr Grundbaustein und gleichzeitig das am h\u00e4ufigsten vorkommende Molek\u00fcl ist das sogenannte Isopren. Sch\u00e4tzungen zufolge geben Pflanzen pro Jahr weltweit 500 bis 600 Millionen Tonnen Isopren in ihre Umgebung ab, es macht damit etwa die H\u00e4lfte der gesamten Emissionen von gasf\u00f6rmigen organischen Verbindungen der Pflanzen aus. \u201eAllein der Amazonas-Regenwald ist f\u00fcr mehr als ein Viertel dieser Emissionen verantwortlich\u201c, erkl\u00e4rt Atmosph\u00e4renforscher Prof. Joachim Curtius von der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt.<\/p>\n\n\n\n

Bislang dachte man, dass das Isopren im Amazonas-Gebiet rasch abgebaut wird und nicht in h\u00f6here Luftschichten gelangt. Denn tags\u00fcber bilden sich unter dem Einfluss der Sonne in der bodennahen Atmosph\u00e4re sogenannte Hydroxyl-Radikale. Diese sind sehr reaktionsfreudig und zerst\u00f6ren die Isopren-Molek\u00fcle binnen Stunden. \u201eWir haben nun aber festgestellt, dass das nur ein Teil der Wahrheit ist\u201c, sagt Curtius. \u201eAuch nachts sind n\u00e4mlich noch erhebliche Mengen Isopren im Regenwald vorhanden. Und diese Molek\u00fcle k\u00f6nnen zu einem erheblichen Teil in h\u00f6here Atmosph\u00e4renschichten bef\u00f6rdert werden.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Gewitter wirken wie Staubsauger<\/h2>\n\n\n\n

Verantwortlich daf\u00fcr sind tropische Gewitter, die sich nachts \u00fcber dem Regenwald zusammenbrauen. Sie saugen das Isopren wie ein Staubsauger an und verfrachten es in acht bis 15 Kilometer H\u00f6he. Sobald die Sonne aufgeht, entstehen Hydroxyl-Radikale, die mit dem Isopren reagieren. Bei den extrem niedrigen Temperaturen, die dort herrschen, werden die Regenwald-Molek\u00fcle dadurch aber in andere Verbindungen umgewandelt als am Boden. Sie verbinden sich mit Stickoxiden, die in den Gewittern durch Blitzeinwirkung entstehen. Viele dieser Molek\u00fcle k\u00f6nnen sich dann zu winzigen Partikeln von nur wenigen Nanometern Gr\u00f6\u00dfe zusammenlagern, den Aerosolpartikeln. Diese Partikel wiederum wachsen im Laufe der Zeit an und dienen dann als Kondensationskeime f\u00fcr Wasserdampf \u2013 sie spielen damit eine wichtige Rolle f\u00fcr die Bildung von Wolken in den Tropen.<\/p>\n\n\n\n

\u201eWir haben diese Abl\u00e4ufe mit Hilfe von Forschungsfl\u00fcgen aufkl\u00e4ren k\u00f6nnen, die zwei Stunden vor Sonnenaufgang begannen und dann den ganzen Tag \u00fcber andauerten\u201c, erl\u00e4utert Prof. Jos Lelieveld, Direktor am Max-Planck-Institut f\u00fcr Chemie in Mainz. Er leitet das Forschungsprojekt CAFE-Brazil (Chemistry of the Atmosphere: Field Experiment in Brazil), in dem ein internationales Forschungsteam Daten zu den chemischen Prozessen in der Atmosph\u00e4re \u00fcber dem Amazonasregenwald sammelte. \u201eDabei konnten wir in der Luft, die in der H\u00f6he wieder aus den Gewittern herausflie\u00dft, erhebliche Mengen an Isopren nachweisen, aus dem sich dann nach mehreren chemischen Reaktionen rasch die neuen Aerosolpartikel formten.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Einfluss auf die Bildung von Wolken \u00fcber dem Ozean m\u00f6glich<\/h2>\n\n\n\n

Curtius und Lelieveld sind nicht nur Partner in CAFE-Brazil, sondern auch am sogenannten CLOUD-Konsortium beteiligt. Darin untersuchen mehr als 20 Arbeitsgruppen klimarelevante chemische Prozesse in der Atmosph\u00e4re. Sie stellen dazu die Bedingungen, die in der Atmosph\u00e4re herrschen, in der Aerosol- und Wolken-Experimentierkammer des CERN in Genf nach. Mit Hilfe dieser Kammer l\u00e4sst sich im Detail analysieren, welche Reaktionen durch das Sonnenlicht ausgel\u00f6st werden. \u201eWir konnten so exakt bestimmen, mit welcher Rate sich die Aerosolpartikel aus den Isopren-Produkten bilden\u201c, erkl\u00e4rt der Atmosph\u00e4renforscher Dr. Xu-Cheng He, der die Versuche mit Isopren leitet. \u201eInteressanterweise zeigte sich dabei, dass die Bildung der Aerosolpartikel schon durch extrem geringe Mengen von Schwefels\u00e4ure und Jod-Oxos\u00e4uren, die in der Atmosph\u00e4re h\u00e4ufig vorkommen, um den Faktor 100 beschleunigt wird. Diese Molek\u00fcle k\u00f6nnen daher gemeinsam die Bildung von Wolken \u00fcber den Ozeanen beeinflussen \u2013 ein Prozess, der bei Vorhersage von Klimaver\u00e4nderungen und deren Folgen mit gro\u00dfer Unsicherheit behaftet ist.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Schwefels\u00e4ure wird in der Atmosph\u00e4re aus verschiedenen schwefelhaltigen Substanzen gebildet. Es kann vor allem durch die Reaktion von Schwefeldioxid mit Hydroxyl-Radikalen entstehen. Die Frankfurter Arbeitsgruppe war im CLOUD-Experiment f\u00fcr Messung der \u00e4u\u00dferst niedrigen Schwefels\u00e4ure-Konzentrationen verantwortlich, und das Mainzer Team f\u00fchrte die Messungen der reaktiven Hydroxyl-Radikalen durch.<\/p>\n\n\n\n

Die Partikel, die sich aus dem Isopren hoch \u00fcber dem Amazonas-Regenwald bilden, k\u00f6nnen durch die Winde in dieser H\u00f6he bis zu Tausende von Kilometern verbreitet werden. Sie haben also vermutlich noch in gro\u00dfen Entfernungen einen Einfluss auf die Wolkenbildung. Da Wolken je nach Beschaffenheit und H\u00f6he die Sonnenstrahlung abschirmen oder die Abgabe von W\u00e4rme ins All verhindern, spielen sie f\u00fcr das Klima eine gro\u00dfe Rolle. Die Forschenden hoffen daher, mit ihren Erkenntnissen zu einer Verbesserung der Klimamodelle beizutragen.<\/p>\n\n\n\n

Daraus folgt, wie auch aus den Ergebnissen des CAFE-Brazil-Projekts, dass eine weitere Abholzung des Amazonas-Regenwaldes in doppelter Hinsicht sch\u00e4dlich f\u00fcr das Klima sein k\u00f6nnte. \u201eEinerseits werden dadurch Treibhausgase frei, weil der Wald als Kohlendioxid-Speicher ausf\u00e4llt\u201c, betont Curtius. \u201eAndererseits werden durch die Rodung sowohl der Wasserkreislauf als auch die Isopren-Emissionen beeintr\u00e4chtigt, was den Klimawandel weiter antreibt.\u201c<\/p>\n\n\n\n

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Aircraft: Das Forschungsflugzeug des CAFE-Brazil-Projekts kurz nach dem Abheben. Foto: Dirk Dienhart, MPI f\u00fcr Chemie<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Amazonas: Der Rio Negro im Amazonasgebiet vom Forschungsflugzeug aus. Foto: Linda Ort, MPI f\u00fcr Chemie<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Cloud: Wolke \u00fcber dem Amazonas-Gebiet, aufgenommen bei einem Forschungsflug. Foto: Philip Holzbeck, MPI f\u00fcr Chemie<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Rain: Immer wieder kommt es \u00fcber dem Regenwald zu heftigen Schauern. Foto: Philip Holzbeck, MPI f\u00fcr Chemie<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Scientists: Die Instrumente und Messdaten werden an Bord des Forschungsflugzeugs von den Forscherinnen Gabriela Unfer (links) und Zaneta Hamryszczak kontrolliert. Foto: Philip Holzbeck, MPI f\u00fcr Chemie<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\n
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Publikationen:<\/strong> Joachim Curtius et al.<\/em>: Isoprene nitrates drive new particle formation in Amazon\u2019s upper troposphere.<\/strong> Nature (2024), DOI: https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41586-024-08192-4<\/a>

Jiali Shen et al.<\/em>: New particle formation from isoprene in the upper troposphere<\/strong>. Nature (2024), DOI: https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41586-024-08196-0<\/a><\/p>\n\n\n\n

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