Jedes Jahr zwischen September und Dezember bildet Lubna Dada Wolken. Dada, eine Atmosphärenforscherin, trifft sich mit Dutzenden ihrer Kollegen, um Experimente in einer 7.000 Gallonen fassenden Edelstahlkammer am CERN in der Schweiz durchzuführen. „Es ist wie ein Wissenschaftscamp“, sagt Dada, der untersucht, wie natürliche Emissionen mit Ozon reagieren und Aerosole erzeugen, die das Klima beeinflussen.
Wolken sind die größte Unsicherheitsquelle bei Klimavorhersagen. Je nach Standort kann die Wolkendecke das Sonnenlicht von Land und Meer wegreflektieren, wo es andernfalls seine Wärme absorbieren würde – ein seltener Vorteil in der sich erwärmenden Welt. Aber Wolken können es auch fangen Hitze über arktischem und antarktischem Eis. Wissenschaftler möchten mehr darüber erfahren, was die Bildung von Wolken verursacht und ob dieser Effekt eine Kühlung oder eine Erwärmung ist. Und vor allem, sagt Dada, „wir wollen wissen, wie wir Menschen die Wolken verändert haben.“
Am Himmel ziehen Aerosolpartikel Wasserdampf oder Eis an. Wenn die winzigen feuchten Klumpen groß genug werden, werden sie zu Keimen für Wolken. Die Hälfte der Wolkendecke der Erde bildet sich um Dinge wie Sand, Salz, Ruß, Rauch und Staub. Die andere Hälfte entsteht in der Umgebung von Dämpfen, die von Lebewesen oder Maschinen freigesetzt werden, wie beispielsweise Schwefeldioxid, das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht.
Am CERN replizieren Wissenschaftler diesen Prozess, indem sie die Stahlkammer mit Dämpfen injizieren, die bestimmte Umgebungen darstellen. (Sie wird CLOUD-Kammer genannt, was für „Cosmics Leaving Outdoor Droplets“ steht.) Sie können beispielsweise die Gase nachahmen, die über Städten vorkommen. Doch Dada, der normalerweise am Paul Scherrer Institut in der Schweiz arbeitet, ging zum CERN, um einen Blick in die Vergangenheit zu werfen. Ihr Team aus Wissenschaftlern aus der ganzen Welt wollte die Luft über Wäldern nachbilden, denn eine „unberührte“ Atmosphäre deutet darauf hin, wie die Wolkenbildung vor der Industrialisierung aussah. „Wir brauchen diesen Vergleich mit der Zeit, als es keine menschlichen Emissionen gab“, sagt sie, „damit wir unsere Klimamodelle korrigieren können.“
In einem Artikel, der diesen Monat in Science Advances veröffentlicht wurde, stellt Dadas Team einen neuen Schwergewichtsfaktor bei der Wolkenbildung fest: eine Art Chemikalie, die von Bäumen freigesetzt wird. Bäume geben natürliche flüchtige Stoffe wie Isopren und Monoterpene ab, die wolkenbildende chemische Reaktionen auslösen können. Dadas neue Arbeit konzentriert sich auf eine übersehene Klasse weniger häufig vorkommender flüchtiger Stoffe, die Sesquiterpene genannt werden und je nach Molekül und Art der Pflanze oder Mikrobe, die sie abgibt, holzig, erdig, zitronig oder würzig riechen.
Das Team zeigt, dass Sesquiterpene bei der Aussaat von Wolken wirksamer sind als erwartet. Ein Verhältnis von Sesquiterpen zu anderen flüchtigen Stoffen beträgt lediglich 1:50 verdoppelt Wolkenbildung.
Die Rolle von Bäumen bei der Bildung von Wolken ist wichtig, denn sie lässt darauf schließen, wie der Himmel über einigen Regionen aussehen könnte, wenn es den Regierungen gelingt, die Schwefelemissionen einzudämmen. In einer Welt mit weniger Umweltverschmutzung werden Pflanzen und Bäume zu stärkeren Treibern der Wolkenbildung, einem Echo der vormodernen Welt.
Diese Forschung könnte dazu beitragen, Schätzungen darüber zu verfeinern, wie die Atmosphäre vor der Industrialisierung aussah. Vielleicht haben wir die Aerosolpopulation der Welt zu niedrig gezählt, weil wir einen großen Teil derjenigen, die von Bäumen stammen, übersehen haben. Wenn ja, müssen Klimamodelle umgerüstet werden.
„Die Bildung neuer Teilchen ist derzeit ein ziemlich heißes Thema“, sagt Paquita Zuidema, Atmosphärenforscherin an der University of Miami, die nicht an der Studie beteiligt war. „Wir merken immer mehr, dass wir nicht genau wissen, wie eine makellose Atmosphäre aussieht.“
Während anthropogene Emissionen die Wolkenbildung in besiedelten Gebieten dominieren, dominieren pflanzliche flüchtige Stoffe anderswo auf unberührterem Land. Laborwerkzeuge sind erst seit kurzem empfindlich genug, um zu verstehen, welche davon den größten Beitrag leisten.
Viele Entdeckungen über Sesquiterpene sind relativ neu. Im Jahr 2010 entdeckten Forscher sie in der Nähe des Waldbodens des Amazonas. Weiter oben im Blätterdach waren Sesquiterpene schwerer aufzuspüren. Dies deutete darauf hin, dass Ozon Sesquiterpene in wolkenbildende Aerosole umwandelte. Dada berichtete letztes Jahr über ein ähnliches System in finnischen Wäldern und Torfgebieten. „Wir sehen immer mehr, weil unsere Instrumente jetzt viel besser sind“, sagt sie. „Sie gibt es nicht nur im Amazonasgebiet.“