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Aerosole und Wolkenbildung
Der zweite Teil unserer Blogserie über die Aerosole steht ganz im Zeichen der Wolken. Wie entstehen die vielfältigen Kunstwerke am Himmel und was haben Aerosole damit zu tun?
Der Prozess der Wolkenbildung
Die Atmosphäre enthält Wasserdampf, also gasförmiges Wasser. Wenn die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist, kondensiert der Wasserdampf zu feinen Tröpfchen. Wassermoleküle (H2O) benötigen jedoch einen Kondensationskeime, woran sie sich festsetzen und kondensieren können. Während in unseren Häusern oder Autos die Oberfläche der Fenster das Wasser kondensieren lässt, so wirkt die Aerosoloberfläche als Katalysator für die Kondensation in der Atmosphäre. Jeder Hydrometeor, also Wolken- und Regentropfen, jedes Eispartikel und jede Schneeflocke trägt also in seinem Kern mindestens ein Aerosol. Es können auch mehrere sein, z.B. wenn Regentropfen oder Schneeflocken aufgrund unterschiedlicher Grössen oder Fallgeschwindigkeiten zusammenprallen und daraufhin zu einem Hydrometeor verschmelzen. Das Foto oben zeigt, dass eine lokale Aerosolquelle (in diesem Fall ein Feuer) durch die Bildung einer Wolke sichtbar wird, wenn die Luft nahe der Sättigung mit Wasserdampf ist.
Die Wirksamkeit von Aerosolen als Kondensationskeime hängt vom Aerosoltyp ab. Russ trägt kaum zur Wolkenbildung bei, während hygroskopische Aerosole wie Meersalze oder sulfathaltige Verbindungen die Wasserkondensation begünstigen. Je grösser das Aerosol ist, umso mehr trägt es zur Bildung von Wassertropfen bei.
Eiswolken
Abhängig von der Lufttemperatur und anderen Faktoren, bestehen die Wolken aus Wassertropfen oder Eiskristallen. Es gibt aber auch Mischphasenwolken, also solche, in denen sowohl Eispartikel, als auch Wolkentropfen vorkommen. Reines Wasser gefriert nur bei Temperaturen unter -36°C. Einige Aerosole wie Pflanzenreste oder Mineralstaub sind besonders aktiv als Eiskondensationskeime, die dann als Eiskeime bezeichnet werden und die Bildung von Eiswolken bei einer höheren Temperatur (zwischen 0°C und -35°C) ermöglichen. Einige pflanzenaktive Bakterien (z.B. Pseudomonas syringae oder Erwinia herbicola) schützen sich vor der Kälte, indem sie eine Eisschicht um sich herum bilden. Diese für den Menschen ungefährlichen Bakterien sind natürlicherweise in der Atmosphäre vorhanden und haben eine starke Wirkung als Eiskeime. Sie werden auch verwendet, um die Effektivität von Schneekanonen zu erhöhen.
Niederschlag
Regen bildet sich, wenn die Wolkentröpfchen anwachsen und schwerer werden, bis sie gegen den Auftrieb zu Boden fallen. Die Gewichtszunahme erfolgt durch Kondensation von Wasserdampf und Koaleszenz (das Zusammenwachsen von mehreren Tröpfchen). Zwei weitere Prozesse fördern die Bildung von Graupel und Schnee aus Eispartikeln: Aggregation und der Bergeron-Findeisen-Prozess. Dieses Phänomen tritt in Eis- und Wassergemischen auf: Der Sättigungsdampfdruck von Eis ist kleiner als der von Wasser; deshalb verdampft das vorhandene Wasser und kondensiert an Eiskristallen.
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