Aerosole und Wolkenbildung

7. August 2019, 11 Kommentare

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?

Wolken bestehen aus Wassertropfen oder Eiskristallen in der Luft (Bildquelle: Andrew Ruiz, www.unsplash.com)
Wolken bestehen aus Wassertropfen oder Eiskristallen in der Luft (Bildquelle: Andrew Ruiz, www.unsplash.com)

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.

Vergrösserte Ansicht: Wolkenbildung initiiert durch die Rauchpartikel eines Feuers auf der Insel Pico, Azoren, 10. April 2015 (Foto: D. Ruffieux)
Wolkenbildung initiiert durch die Rauchpartikel eines Feuers auf der Insel Pico, Azoren, 10. April 2015 (Foto: D. Ruffieux)

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.

 

Links

Aerosole: Die kaum bekannte Komponente der Atmosphäre

Aerosol-Beobachtung

MeteoSchweiz - Wolken

WMO - International Cloud Atlas

Kommentare (11)

  1. stefan, 09.08.2019, 08:45

    Liebes meteoteam
    Mich interessiert auch, weshalb meiner Ansicht nach die nebelobergrenze angestiegen ist. Sonst haben ja die nebeltage abgenommen?

  2. sany, 08.08.2019, 11:50

    Kann man sagen, dass wenn heisses wetter herrscht, die atmosphere wärmer ist und somit eine bildung von langlebigen kondenstreifen ausgeschlossen werden kann? Ich denke da an 30 - 40 grad. Freundliche Grüsse

    1. MeteoSchweiz, 09.08.2019, 09:18

      Guten Tag Sany

      Es geht nicht primär um heisses Wetter, sondern um starke Hochdrucklagen. Diese trocknen die Luft von oben her ab. In der trockenen Luft wird die Bildung von Wolken und Kondensstreifen stark vermindert oder ganz unterdrückt, unabhängig von der Jahreszeit. So entstehen zum Beispiel auch die klaren Herbsttage mit stahlblauem Himmel, wie im vergangenen Herbst 2018, als tagelang kaum Kondensstreifen entstanden, und dies bei ganz normalem, dichtem Luftverkehr.


      Freundliche Grüsse
      MeteoSchweiz

  3. K. Berger, 07.08.2019, 12:57

    Zuerst mal - Vielen herzlichen Dank für die immer sehr aufschlussreichen und interessanten Beiträge und die wunderschönen Bilder in diesem Blog.
    Zu diesem hier habe ich noch eine Frage. Manchmal verschwinden die Kondensstreifen der Flugzeuge innert Minuten und manchmal sind sie über lange Zeit am Himmel sichtbar. Hat das auch mit der Feuchtigkeitssättigung der Luft zu tun?

    1. MeteoSchweiz, 08.08.2019, 09:09

      Wenn die Umgebungsluft geringe Feuchtigkeit hat und nicht allzu kalt ist, lebt ein Kondensstreifen nur kurz: Neu gebildete Eispartikel verdampfen sehr schnell und der Kondensstreifen wird sich nur über eine kurze Distanz hinter dem Flugzeug erstrecken. Wenn die Umgebungsluft hohe Feuchtigkeit aufweist und gleichzeitig kalt ist, kann ein Kondensstreifen lange leben: Neu geformte Eiskristalle können durch Aufnahme von Wasserdampf aus der Umgebung wachsen. Unter solchen Bedingungen können Kondensstreifen stundenlang am Himmel stehen, mehrere Kilometer lang werden und sich auf eine Breite von einigen hundert Metern ausweiten.

      Freundliche Grüsse, MeteoSchweiz

  4. stefan, 07.08.2019, 12:22

    Super Blog
    So kann man auch sagen je sauberer die Luft desto weniger Nebel bzw Wolken?

    1. Jeanine, 07.08.2019, 14:40

      Hab mal ein Video gesehen das zeigte, dass über einer heissen offenen Teekanne kein Dampf (Dunst) zu sehen war, weil die Person sich in einer weit der Zivilisation abelegenen Polarregion befand... Auch keine Meeresküste in der Nähe, deshalb keine Aerosole in der Luft und somit keine Kondensationskeime. Als die Person aber ein Feuerzeug über die Kanne hielt konnte man prompt die Tröpfchen sehen :P

      Was nun "sauber" in deiner Frage genau bedeutet kann man diskutieren, aber es gibt sicher "natürliche", nicht unbedingt "unsaubere" Aerosole wie Meersalze, Wüsten-/Mineralstaub, Pollen von Pflanzen usw..

    2. Stefan B, 07.08.2019, 20:42

      Aus dem Blog-Beitrag entnehme ich: es kommt darauf an - gut sichtbare Russpartikel sind schlechte Kondensationskeime, (eher unsichtbare?) Schwefelverbindungen hingegen gute. Ist die Erwärmung des Russes durch die Absorption von Licht der Grund dafür?

    3. MeteoSchweiz, 08.08.2019, 09:10

      Hallo Stefan

      Mit Schmutzpartikeln belastete Luft neigt viel stärker zu Nebelbildung als saubere Luft. Schmutzpartikel in der Luft wirken als Kondensationskeime. Je mehr davon vorhanden sind, im so besser kondensiert der gasförmige Wasserdampf in der Luft zu kleinen Wassertröpfchen, welche wir bei genügender Dichte als Wolke oder eben als Nebel wahrnehmen.

      Freundliche Grüsse, MeteoSchweiz

    4. Wolfgang, 08.08.2019, 19:35

      Das stützt meine Ansicht, dass die immer häufigeren Hochnebellagen in Herbst und Winter auch ein Produkt der Luftverschmutzung sind. Vor 20-25 Jahren gab es nach meiner Erinnerung nicht so viele und lange Hochnebel.

    5. D. Keller, 12.08.2019, 12:12

      Meines Wissens gibt es in Mittelland deutlich weniger Nebeltage als vor Jahrzehnten. Die sauberere Luft sei dafür verantwortlich.
      Weniger Nebel heisst wohl auch höhere Temperaturen im Winter.