Einfluss von atmosphärischem Staub auf die Bildung von Eiswolken bestätigt

Es ist bekannt, dass der Anteil eisbedeckter Wolken von Staubpartikeln in der Wolke abhängt, die als Keime für die Eiskristallbildung dienen. Dies konnte jedoch anhand großer Datensätze nicht eindeutig nachgewiesen werden. In einer am 31. Juli 2025 veröffentlichten Studie haben Forscher diesen Zusammenhang bestätigt.35 Jahre Satellitendaten. Sie haben gezeigt, dass der Anteil von eisbedeckten Wolken (nämlich Wolkenobergrenze, Eis-Gesamt-Häufigkeit oder ITF) in der nördlichen Hemisphäre zwischen −15° und −30°C stark mit der Menge an Staubpartikeln in den Wolken korreliert. Dies ist für die Klimamodellierung wichtig, weil Strahlungsantrieb und Niederschlag der Wolken werden davon beeinflusst, ob sie von einer Eis- oder Wasserwolkenschicht bedeckt sind. 

Das Wort „Staub“ löst ein Gefühl von Unbehagen und Unbehagen aus – und das zu Recht, denn Staub aus natürlichen Quellen und durch menschliche Aktivitäten (wie Bauarbeiten, industrielle Prozesse und Fahrzeugverkehr) trägt zu Feinstaub in der Luft bei und führt zu Luftverschmutzung, die sich negativ auf die Gesundheit der Atemwege und des Herz-Kreislauf-Systems auswirkt. In ariden und semiariden Regionen wirbeln Sand- und Staubstürme große Mengen mineralischer Staubpartikel in die Luft. Die daraus resultierende Luftverschmutzung beeinträchtigt die öffentliche Gesundheit, die Umwelt und die Strahlenbelastung.  

Der in der Luft schwebende Mineralstaub spielt auch im Klimasystem eine wichtige Rolle. Er absorbiert und streut Sonnen- und Wärmestrahlung und beeinflusst somit direkt die Energiebilanz des Erdsystems. Jede Änderung der atmosphärischen Mineralstaubbelastung verändert die Strahlungsbilanz einer Region (d. h. die Nettoänderung des Strahlungsflusses aufgrund von Staub oder Staub-Strahlungsantrieb). Die in der Luft schwebenden Partikel mit einer Größe von bis zu 0.2 μm wirken auch als Keime für die Bildung von Wolkentröpfchen, wenn Wasserdampf auf ihnen kondensiert. Diese Partikel, die als Wolkenkondensationskerne (CCN) bezeichnet werden, dienen als Grundlage für Wolkentröpfchen und sind für die Entstehung der Wolkentröpfchen und die Entwicklung von Wolken und Regen unabdingbar. Sie beeinflussen indirekt das Klimasystem der Erde, einschließlich des Strahlungsantriebs. Änderungen der Konzentrationen von in der Luft schwebenden Partikeln, die als CCN wirken, haben signifikante Auswirkungen auf die Wolkeneigenschaften, den Strahlungsantrieb und das Klima. 

Wolkentypen und ichce-to-total-Frequenz (ITF) 

Es gibt drei Arten von Wolken, je nachdem, ob sie hauptsächlich aus Eiskristallen oder flüssigen Wassertropfen bestehen. Eiswolken bestehen aus Eiskristallen, die durch Keimbildung um Eiskeime (INPs) wie Mineralstaub entstehen. Sie bilden sich normalerweise in großen Höhen, wo Temperaturen um den Gefrierpunkt herrschen. Wasserwolken hingegen bestehen hauptsächlich aus flüssigen Wassertropfen und entstehen, wenn Wasserdampf in der Atmosphäre abkühlt und um Wolkenkondensationskerne (CCN) wie Staub- oder Salzpartikel zu flüssigen Wassertropfen kondensiert. Mischphasenwolken enthalten sowohl Eiskristalle als auch unterkühlte Wassertropfen. Dieser Prozess, bei dem unterkühlte Wassertropfen an Eiskristallen oder anderen Eispartikeln gefrieren und so deren Masse und Dichte deutlich erhöhen, wird als Rimming bezeichnet. Rimming tritt hauptsächlich in Mischphasenwolken bei Temperaturen zwischen -5 °C und -25 °C an Stellen auf, an denen unterkühlte Wassertropfen beim Zusammenstoß mit Eiskristallen gefrieren. Die Eis-Gesamthäufigkeit (ITF) gibt den Anteil der Eiswolken an der Gesamtzahl der Wolken an der Wolkenobergrenze an.  

Die Prozesse, die mit den Auswirkungen von Mineralstaub auf das Klimasystem zusammenhängen, sind gut verstanden, allerdings gab es für die Forscher mindestens zwei Probleme, die sie angehen mussten.  

Erstens bestand Unsicherheit bei der Abschätzung der direkten und indirekten Klimaeffekte von Mineralstaub auf globaler Ebene. Die an Bord der ISS installierte NASA-Mission EMIT (Earth Surface Mineral Dust Source Investigation) befasst sich mit diesem Problem, indem sie die Mineralstaubzusammensetzung trockener Regionen der Erde kartiert und globale Datensätze für die Klimamodellierung bereitstellt. Am 27. Juli 2022 erreichte sie einen Meilenstein, als sie ihren ersten Blick auf die Erde lieferte. Im vergangenen Jahr, 2024, ging sie in eine erweiterte Missionsphase über, die mindestens bis 2026 dauern soll.  

Zweitens ist zwar seit langem bekannt, dass der Anteil eisbedeckter Wolken von den Staubpartikeln in der Wolke abhängt, die als Keime für die Eiskristallbildung dienen. Dies ließ sich jedoch anhand großer Datensätze nicht eindeutig nachweisen. In einer am 31. Juli 2025 veröffentlichten Studie haben Forscher diesen Zusammenhang anhand von Satellitendaten aus 35 Jahren bestätigt. Sie haben gezeigt, dass der Anteil eisbedeckter Wolken (d. h. die Häufigkeit von Eis an der Wolkendecke im Verhältnis zur Gesamtdichte oder ITF) auf der Nordhalbkugel zwischen -15 und -30 °C stark mit der Häufigkeit von Staubpartikeln in den Wolken korreliert. Dies ist für die Klimamodellierung von Bedeutung, da Strahlungsantrieb und Niederschlag der Wolken davon beeinflusst werden, ob sie von einer Eis- oder Wasserwolkenschicht bedeckt sind.  

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(Anerkennung: Dr. Sachchidanand Singh, Chefwissenschaftler, CSIR-NPL, Indien für seine wertvollen Beiträge zum Thema und zur Bearbeitung)   

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Literaturverzeichnis:  

1. Villanueva D., et al 2025. Staubbedingtes Einfrieren von Tröpfchen erklärt die Wolkendeckenphase in den nördlichen Extratropen. SCIENCE. 31. Juli 2025. Band 389, Ausgabe 6759, S. 521-525. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adt5354 

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