Arktis-Phänomen: Wie Meereszucker Wolkenbildung und Klima beeinflusst
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Wissenschaftler untersuchen Aerosole in arktischen Höhenlagen.
Zucker in der arktischen Atmosphäre klingt zunächst absurd. Doch Forschungsergebnisse des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (Tropos) zeigen, dass zuckerartige Substanzen bis in die Entstehungszonen von Wolken gelangen. Diese Partikel stammen aus dem Meer und könnten die klimatische Wirkung der Wolkendecke über dem Nordpol maßgeblich verändern.
Der Weg der Kohlenhydrate in die Atmosphäre
Die Grundlage für dieses Phänomen ist der Rückgang des Meereises. Immer größere offene Wasserflächen im Sommer ermöglichen es Wind und Wellen, Gischt in die Luft zu schleudern. Dabei gelangen neben Meersalz auch organische Verbindungen – darunter Kohlenhydrate wie Oligo- und Polysaccharide – in die Atmosphäre.
Das Forschungsteam untersuchte die Luft bei Ny-Ålesund auf Spitzbergen. Mittels Fesselballons wurden Aerosolpartikel in Höhen zwischen 321 und 1112 Metern gesammelt. Die Ergebnisse, veröffentlicht im Fachmagazin Atmospheric Chemistry and Physics, bestätigen: Marine Kohlenhydrate sind in allen untersuchten Höhenschichten präsent.
Einfluss auf Wolken und Strahlungsbilanz
Die Konzentrationen der gefundenen Kohlenhydrate variieren je nach Höhe und Standort, erreichen jedoch Werte, die mit bodennahen Messungen vergleichbar sind. Das ist deshalb relevant, weil diese Partikel als Eiskeime fungieren können.
Besonders bei Temperaturen zwischen minus 15 und minus 20 Grad Celsius beeinflussen diese marinen Stoffe die Bildung von Eiskristallen in Wolken. Mehr Eiskristalle verändern die optischen Eigenschaften der Wolken: Sie beeinflussen, wie viel Sonnenlicht reflektiert oder wie viel Wärme in Richtung Weltall abgegeben wird. Damit greift der „Meereszucker“ aktiv in das Strahlungsbudget der Arktis ein.
Rätselhafte Neubildung in der Luft
Die Daten lieferten eine überraschende Erkenntnis: An manchen Messpunkten war der Anteil der Kohlenhydrate so hoch, dass ein bloßer Transport aus dem Meer als alleinige Quelle unwahrscheinlich scheint. Die Wissenschaftler halten es für möglich, dass in der Atmosphäre chemische Umwandlungen stattfinden oder sogar eine biologische Produktion durch Mikroorganismen in den Aerosolpartikeln selbst erfolgt.
Eine Messung vom 3. Oktober 2021 stützt diese Hypothese. In 666 Metern Höhe herrschten bei 96 Prozent Luftfeuchtigkeit ideale Bedingungen für biologische Prozesse innerhalb von Wolkenpartikeln. Ein abschließender Nachweis für eine solche mikrobielle „Zuckerproduktion“ in der Luft steht jedoch noch aus.
Klimawandel beschleunigt den Prozess
Der Rückgang des Eises ist ein Teufelskreis: Je mehr Meeresfläche offen liegt, desto mehr Gischt und organische Stoffe werden in die Atmosphäre befördert. Dies könnte die Wolkenbildung über der Arktis in Zukunft verstärken und damit die thermische Bilanz dieser Region weiter beeinflussen.
Die Studie belegt zumindest, dass marine Kohlenhydrate weit über die bodennahe Grenzschicht hinaus bis in die freie Troposphäre vordringen. Ob und wie stark dieser Effekt das Klima langfristig verändert, ist Gegenstand weiterer Forschung.