Eines der großen Rätsel in den Klimawissenschaften ist die Klimawirkung der Sonne. In den aktuellen Klimamodellen des IPCC spielen Sonnenaktivitätsschwankungen kaum eine Rolle. Ein Blick auf die geologischen Daten der letzten 10.000 Jahre zeigt jedoch, dass dies nicht stimmen kann, denn Klima und Sonne waren stets eng aneinander gekoppelt und bewegten sich überraschend synchron zueinander. Offensichtlich muss es also „Solarverstärker-Prozesse“ geben, die in den IPCC-Formeln bislang nicht berücksichtigt worden sind.
Derzeit gibt es zwei wichtige Solarverstärker-Kandidaten, die auch parallel zueinander wirken könnten. Zum einen ist hier ein Effekt über die UV-Strahlung in der Stratosphäre (siehe S. 229-231 in „Die kalte Sonne“). Zum anderen wird eine schwankende Wolkenbedeckung diskutiert, die vom Sonnenmagnetfeld über die kosmische Strahlung gesteuert wird. Der zuletzt genannte Prozess wurde vor mehr als einem Jahrzehnt vom dänischen Physiker Prof. Henrik Svensmark vorgeschlagen (siehe Kapitel 6 und Svensmark-Gastbeitrag in „Die kalte Sonne“). Mittlerweile gibt es hierzu eine beeindruckende Indizienkette, wenn auch noch nicht jeder einzelne physikalische Schritt bis ins letzte Detail verstanden ist. Gesichert sind momentan u.a. folgende Teilschritte:
(1) Das Sonnenmagnetfeld schwankt parallel zur Sonnenaktivität.
(2) Das Sonnenmagnetfeld schützt die Erde vor kosmischer Strahlung, einem Teilchenregen aus dem Weltall.
(3) Innerhalb eines 11-Jahres-Sonnenfleckenzyklus schwankt auf diese Weise die kosmische Strahlung um 20%, gegenüber nur 0,1% bei der Gesamtstrahlung der Sonne.
(4) Phase 1 des kürzlichen CERN-Experiments hat gezeigt, dass durch kosmische Strahlung vermehrt kleine Aerosol-Teilchen in der Atmosphäre entstehen.
Nun ist die Wissenschaft an der Stelle angekommen, wo es darum geht, ob diese kleinen Teilchen zu größeren anwachsen können, die dann als Wolkenkondensationskeime dienen würden. Die Teilchen müssen nämlich eine Mindestgröße von 50 Nanometern besitzen, sonst können sich keine Wolkentröpfchen darum bilden. Und ohne Wolken würde der ganze Svensmark-Solarverstärkerprozess nicht funktionieren.
Eines der Probleme ist, dass die mühsam am Tag unter Einwirkung der Sonnen-UV-Strahlung angewachsenen Teilchen gemäß den theoretischen Modellen nachts eigentlich wieder zerfallen müssten. Im März 2012 konnte das Svensmark-Team zeigen, dass dies jedoch in der Realität nicht der Fall ist. Die kosmische Strahlung erzeugt offenbar Elektronen, die die Schwefelsäureproduktion auch nachts zu einem gewissen Maße aufrechterhält (siehe unser Blogartikel „Henrik Svensmark schließt eine weitere Lücke in seinem Solarverstärker“).
Aber die Wissenschaft verfolgt auch eine andere heiße Spur: Gibt es vielleicht zusätzliche chemische Prozesse, die in den bisherigen Modellen bislang unberücksichtigt geblieben sind? Ja, es scheint sie in der Tat zu geben. Im Mai 2012 veröffentlichte eine französisch-deutsch-israelische Forschergruppe um Maria Eugenia Monge von der Universität Lyon im Fachmagazin PNAS eine Studie, in der sie einen ganz neuen Mechanismus zum Partikelwachstum beschreiben. In einer Pressemitteilung des am Projekt beteiligten Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung werden die aufsehenerregenden Ergebnisse wie folgt zusammengefasst (Fettsetzung wurde ergänzt):
„Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat. Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt PNAS. Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen beobachtet wurden, aber lange rätselhaft waren und deshalb in den globalen Klimamodellen noch nicht berücksichtigt sind. […]
‚Wir fanden heraus, dass Licht chemische Reaktionen auslösen kann zwischen gasförmigen Verbindungen und Chemikalien auf der Oberfläche von organischen Partikeln, die es nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen erlauben, sich dort anzusiedeln und so die Partikel größer werden lassen‘, berichtet Dr. Maria-Eugenia Monge vom IRCELYON und der Universität Lyon. Solche flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffe entstehen auch auf natürlichem Wege. Zum Beispiel entweicht Isopren als wichtiger Bestandteil ätherischer Öle aus Pflanzen in die Atmosphäre. Daher wird es vor allem über großen Wäldern wie dem tropischen Regenwald gebildet. Die Forscher benutzen daher in ihrem Experiment mit Limonen und Isopren zwei flüchtige organische Kohlenwasserstoffe, die zu den weltweit häufigsten Spurengasen gehören, die die Vegetation der Erde in die Atmosphäre abgibt.
Zusammen mit Partikeln setzten sie die Mischung anschließend abwechselnd Licht oder Dunkelheit aus und maßen die Größe der Partikel. Dabei zeigte sich, dass die Partikel unter Lichteinfluss etwa von 50 auf 65 Nanometer gewachsen waren, was rund einer Verdoppelung ihres Gewichts entspricht. Ersetzten sie die Luft durch Stickstoff, dann war dieser Effekt kaum noch wahrnehmbar, was dafür spricht, dass Sauerstoff an der Reaktion beteiligt sein muss. Die Intensität des Lichts war dagegen weniger wichtig. Schon schwache UV-Strahlung reicht aus, um die chemischen Bindungen bei gelöstem organischen Material aufzubrechen und freie Radikale zu bilden.“
Abbildung 1: Im Labor des IRCELYON in Lyon setzten die Wissenschaftler das Luftgemisch abwechselnd Licht oder Dunkelheit aus und maßen die Größe der Partikel. Im Bild zu sehen ist das Glasrohr, in der sich die Reaktion abspielt, sowie die Beleuchtung, mit der Tag und Nacht simuliert wurde. Photo: Eric Le Roux / Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL). Quelle.
Siehe auch Beiträge auf notrickszone.com und chemie.de. Die Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (mit Fotos) gibt es hier.
Mit Dank an Frank Bohne für den Themen-Hinweis.
