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Experimente zur Eisnukleation von Wassertröpfchen und Sulfatpartikeln bei Temperaturen zwischen -65° und -30° C

Experimente zur Eisnukleation von Wassertröpfchen und Sulfatpartikeln bei Temperaturen zwischen -65° und -30° C
Forschungsthema:Eiswolken
Typ:Dissertation
Datum:2006
Betreuer:

Beheng, K. D.

Bearbeiter:

Benz, Stefan

Links:Volltext (PDF)

Zirruswolken beeinflussen die Strahlungsbilanz der Atmosphäre und stellen damit einen wichtigen Faktor im Klimasystem der Erde dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde am Forschungszentrum Karlsruhe die Aerosol- und Wolkenkammer AIDA, welche die Erzeugung und Beobachtung von Eiswolken unter realistischen Bedingungen im Labor ermöglicht, genutzt, um das Gefrieren von reinen Wassertröpfchen und die Eisbildung von Sulfataerosol zu untersuchen. Die homogene Eisbildungsrate, die dem Produkt aus der Anzahl der für den Gefrierprozess notwendigen kritischen Eiskeime und der Rate der Anlagerung zusätzlicher Moleküle entspricht, wurde an unterkühlten Wassertröpfchen mit Durchmessern < 10 µm bei typischen Wolkenbedingungen im Temperaturbereich zwischen −36 °C und −37 °C gemessen. Die Ergebnisse stimmen sowohl gut mit jüngsten Literaturdaten – gewonnen aus Messungen an wesentlich größeren Tröpfchen – als auch mit der klassischen Theorie für die homogene Eisnukleationsrate in unterkühltem Wasser überein. Die Hypothese, dass die kritischen Eiskeime bevorzugt an der Oberfläche unterkühlter Tröpfchen gebildet werden, konnte nicht bestätigt werden. Die Eisbildung von Ammoniumsulfatpartikeln wurde im Temperaturbereich zwischen −50 °C und −65 °C untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Ammoniumsulfatlösungspartikel – gewonnen durch Neutralisierung von Schwefelsäurelösungspartikeln mit gasförmigem Ammoniak – unter vergleichbaren Bedingungen wie Schwefelsäurelösungspartikel homogen gefrieren.Wenn Ammoniumsulfatpartikel kristallisieren, können sie Eisbildung durch Depositionsnukleation bei vergleichsweise geringen Eisübersättigungen (10 – 20%) auslösen. Das stark anthropogen geprägte atmosphärische Ammoniak kann die mikrophysikalischen Eigenschaften von klimarelevanten Zirruswolken beeinflussen.