- Das Experiment mit der CLOUD-Kammer am CERN stellt nach, wie flüchtige Stoffe aus Bäumen Keime für Wolken bilden, und rückt damit die vorindustrielle Atmosphäre und den Referenzpunkt heutiger Klimamodelle erneut in den Blick
- Sesquiterpene, die von Bäumen und Pflanzen freigesetzt werden, tragen stärker als erwartet zur Wolkenbildung bei; schon ein Verhältnis von 1:50 gegenüber anderen flüchtigen Stoffen verdoppelt die Wolkenbildung
- Wolken können je nach Region Sonnenlicht reflektieren und so kühlend wirken oder über dem Polareis Wärme einschließen und bleiben damit eine der größten Unsicherheiten der Klimavorhersage
- In einer Welt mit weniger industrieller Verschmutzung könnten Pflanzen und Bäume zu wichtigeren Treibern der Wolkenbildung werden, was auch Berechnungen zum auf Schwefelemissionen beruhenden anthropogenen Aerosoleffekt beeinflusst
- Die Physik kleiner natürlicher Aerosole wie Sesquiterpene lässt sich nur schwer in Klimamodelle integrieren, doch um realistischere Minderungsstrategien vorherzusagen, muss auch das Zusammenspiel zwischen menschlichen und pflanzlichen Emissionen berücksichtigt werden
Die Atmosphäre über dem Wald, nachgebildet in der CERN-CLOUD-Kammer
- Lubna Dada und ihre Kolleginnen und Kollegen untersuchten in einer 7.000-Gallonen-Edelstahlkammer am CERN in der Schweiz, wie natürliche Emissionen mit Ozon reagieren und dabei Aerosole bilden
- Wolken sind eine der größten Unsicherheiten in der Klimavorhersage
- Je nach Region können sie Sonnenlicht reflektieren, das sonst von Land und Meer aufgenommen würde
- Umgekehrt können sie auch Wärme über dem Eis der Arktis und Antarktis festhalten
- Am Himmel ziehen Aerosolpartikel Wasserdampf oder Eis an, und wenn kleine Tropfenverbände groß genug werden, entstehen daraus Wolkenkeime
- Die Hälfte der Wolken auf der Erde bildet sich um Stoffe wie Sand, Salz, Ruß, Rauch oder Staub
- Die andere Hälfte entsteht durch Nukleation um Dämpfe, die von Organismen oder Maschinen ausgestoßen werden, etwa Schwefeldioxid aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe
- Die CLOUD-Kammer am CERN simuliert diesen Prozess, indem Dämpfe eingespeist werden, die für bestimmte Umgebungen stehen
- Sie kann Gase über Städten nachahmen
- Das Team von Dada wollte die Atmosphäre über dem Wald ohne menschliche Emissionen nachbilden, um die Wolkenbildung vor der Industrialisierung abzuschätzen
Die Rolle von Sesquiterpenen, die Bäume ausstoßen
- Eine in Science Advances veröffentlichte Studie zeigt, dass Sesquiterpene unter den von Bäumen freigesetzten Chemikalien eine große Rolle bei der Wolkenbildung spielen
- Bäume geben natürliche flüchtige Stoffe wie Isopren und Monoterpene ab, die chemische Reaktionen für die Wolkenbildung auslösen können
- Diese Studie richtet den Fokus auf Sesquiterpene, die vergleichsweise in geringeren Mengen freigesetzt und bislang weniger beachtet wurden
- Je nach Molekül und der Pflanze oder dem Mikroorganismus, der es freisetzt, können sie nach Holz, Erde, Zitrusfrüchten oder Gewürzen riechen
- Die Experimente zeigten, dass Sesquiterpene viel wirksamer als erwartet Wolkenkeime bilden
- Schon ein 1:50-Verhältnis gegenüber anderen flüchtigen Stoffen verdoppelte die Wolkenbildung
- In einer Welt mit geringeren Schwefelemissionen könnten Pflanzen und Bäume zu stärkeren Treibern der Wolkenbildung werden
Erste experimentelle Ergebnisse, sichtbar als „Banane“
- Das Forschungsteam testete die Fähigkeit von Sesquiterpenen zur Wolkenbildung, indem es die Luft eines nicht durch menschliche Emissionen belasteten Waldes nachahmte
- Im Referenzexperiment wurde eine Mischung aus Isopren, dem häufigsten biogenen flüchtigen Stoff, und dem Monoterpen α-Pinen ionisiert und gemessen
- Diese Kombination bildete erwartungsgemäß Wolkenkeime
- Anschließend wurde das Sesquiterpen β-Caryophyllen hinzugefügt, das aus Kiefern und Zitrusbäumen stammt und nach gebrochenem Pfeffer riecht
- Dada erwartete, dass β-Caryophyllen chemische Reaktionen auslösen, Aerosole erzeugen und schließlich zur Wolkenbildung führen würde
- Auf dem Laborbildschirm wechselte die Partikelgrößen-Grafik mit zunehmender Zahl von Wolkenkeimen von Blau zu bananengelbem Gelb, und schon beim ersten Durchlauf wurde die Grafik gelb
- Schon eine Zugabe von 2 % β-Caryophyllen nach Volumen verdoppelte die Wolkenbildung und beschleunigte auch das Partikelwachstum
- Dieses Experiment war das erste, das zeigte, dass Sesquiterpene Wolkenkeime erzeugen
Wie natürliche Aerosole den Referenzpunkt von Klimamodellen verschieben
- Paquita Zuidema betont, dass noch immer nicht genau bekannt ist, wie die ursprüngliche Atmosphäre tatsächlich aussah
- In dicht besiedelten Gebieten dominieren anthropogene Emissionen die Wolkenbildung, doch über saubereren Landflächen werden flüchtige Stoffe aus Pflanzen wichtiger
- Erst in jüngerer Zeit sind Messgeräte empfindlich genug geworden, um zu verstehen, welche flüchtigen Stoffe den größten Beitrag leisten
- Entdeckungen zu Sesquiterpenen haben in relativ kurzer Zeit zugenommen
- 2010 wiesen Forschende Sesquiterpene in Bodennähe des Amazonaswaldes nach
- Oberhalb des Kronendachs waren sie schwerer zu verfolgen, was darauf hindeutet, dass Ozon Sesquiterpene in Aerosole für Wolkenkeime umwandelt
- Dada berichtete im Vorjahr von einem ähnlichen System in finnischen Wäldern und Mooren
- Jiwen Fan sieht in Daten zu Sesquiterpenen eine Möglichkeit, Aerosolflüsse weltweit besser zu erklären
- Aerosole erzeugen einen Strahlungsantriebseffekt, durch den Wolken mehr der zur Erde kommenden Wärme reflektieren
- Bei mehr Aerosolen sind Wolken weißer, halten länger und regnen weniger ab
- Mehrere Klimamodelle haben den anthropogenen Aerosol-Strahlungsantrieb überschätzt; ein Grund dafür könnte sein, dass natürliche Aerosole vor der Industrialisierung unterschätzt wurden
- Wenn es vor der Industrialisierung mehr biogene Aerosole gab als angenommen, fällt der relative Beitrag industrieller Emissionen kleiner aus
Die nächsten Experimente für realistischere Modelle
- Was diese Neuberechnung für Vorhersagen zur globalen Erwärmung bedeutet, lässt sich schwer abschätzen, weil viele Faktoren ineinandergreifen
- Hitzestress, extremes Wetter und Dürre können Pflanzen dazu bringen, mehr biogene flüchtige Stoffe freizusetzen, was wiederum mehr Wolkenkeime erzeugt
- Abholzung und Hitzestress verschieben die Baumgrenze in größere Höhen und weiter in Richtung Pole, was beeinflusst, wo sich Wolken bilden
- Dada richtet den Blick auf die Feedback-Schleife, in der das Klima die Wolkenbildung beeinflusst und Wolken wiederum das Klima beeinflussen
- Bessere Klimamodelle könnten helfen vorherzusagen, welche Minderungsstrategien sinnvoll sind, etwa ob mehr oder weniger Wolken benötigt werden
- Allerdings haben Klimamodelle einen sehr hohen Rechenbedarf, weshalb sich kleine physikalische Prozesse wie Baum-Aerosole nicht leicht integrieren lassen
- Das Team von Dada führt am CERN weitere Experimente durch, um zu testen, wie anthropogene Emissionen wie Schwefeldioxid die Fähigkeit von Pflanzen beeinflussen, Wolkenkeime zu erzeugen
- Die beiden Emissionsquellen können sich gegenseitig verlangsamen oder beschleunigen
- Ziel ist es, die Schlussfolgerungen nicht nur auf saubere Wälder, sondern auf Bedingungen auszuweiten, die den meisten Regionen der Welt mit gemischten Emissionsquellen näherkommen
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Dieses Phänomen ist wirklich erstaunlich. Erst vor Kurzem habe ich erfahren, dass das Phänomen, dass Bäume Regen herbeirufen, bekannt ist, aber noch nicht vollständig verstanden wird.
Der deutlichste Hinweis war, dass nach Abholzung weniger Regen fällt, weshalb es tatsächlich so aussieht, als könnten Bäume Regen erzeugen.
Früher gab es die Theorie, dass Turbulenzen der Luft über Wäldern Niederschlag auslösen, und das könnte weiterhin ein Faktor sein; diese Erklärung hier ist aber viel sauberer und leichter zu verstehen.
Ich wollte diesen Punkt gern anführen, wenn es um Wälder und Hydrologie geht, war aber vorsichtig, weil es meines Wissens nur eine Korrelation war. Ganz gelöst ist es damit nicht, aber es hilft definitiv, eine kausale Verbindung zu erklären.
Auch die Art, wie Evolution funktioniert, ist wundersam. Natürlich würden Bäume Regen herbeirufen, so fühlt es sich an. Ich frage mich, ob andere Pflanzen wie Gräser in weiten Ebenen ebenfalls eigene Strategien haben, um Regen zu fördern, oder ob ihre Strategie eher darin besteht, extreme Dürre gut zu überstehen.
Auch wenn es nicht vollständig verstanden ist, ist in der Landwirtschaft gut bekannt, dass Bäume die lokale Luftfeuchtigkeit erhöhen und ein Mikroklima schaffen, das mehr Regen bringt. Ein Beispiel wäre, in Tälern Nussbäume zu pflanzen.
Es wirkt, als habe die moderne Landwirtschaft altes Wissen vergessen oder ignoriere es.
Ich weiß jedenfalls sicher, dass Wälder viel besser riechen und sich viel besser anfühlen als Kahlschlagflächen. Ich würde mir wünschen, dass das USDA und der Forest Service nachhaltigere Einschlagsmethoden übernehmen, besonders auf Pachtflächen. Derzeit begünstigt die wirtschaftliche Logik Kahlschläge; Ansätze wie bei den Menominee im Norden Wisconsins wirken besser.
Charles Eisensteins „climate: a new story“ ist eine gute Quelle, um den Klimawandel nicht einfach als „CO2 schlecht“ zu betrachten, sondern aus der Perspektive der Zerstörung von Ökosystemen zu verstehen. Er sieht die ausschließliche Betonung von CO2 als Köder, der vom Wesentlichen ablenkt.
Die gängige Vorstellung ist eher: „Gutes Wetter erzeugt mehr Biomasse.“ In Wirklichkeit könnte es aber heißen: „Mehr Biomasse erzeugt gutes Wetter“, weil jedes Ökosystem als chemischer und energetischer Puffer wirkt.
Wikipedia erklärt es unter https://en.wikipedia.org/wiki/The_Extended_Phenotype so:
„Dawkins develops this idea by pointing to the effect that a gene may have on an organism's environment through that organism's behaviour.“
Ich dachte, ich sei ziemlich aufgeschlossen, aber die Vorstellung, dass Bäume Chemikalien freisetzen, damit sich Wolken bilden, ist weit erstaunlicher, als ich erwartet hätte.
Es macht einem wieder bewusst, wie erstaunlich die natürliche Welt vor der Industrialisierung war.
Ich würde gern 300 Jahre zurückgehen, den Wald riechen und über unversehrten Korallenriffen tauchen.
Dadurch bin ich motivierter denn je, wieder mit Guerilla Gardening zu beginnen und auf brachliegenden Agrarflächen in der Nachbarschaft Bäume zu pflanzen.
Wenn du schon einmal in einem dichten Nadelwald warst, hast du vermutlich einen meist bläulichen, aber von Grau bis Violett reichenden Dunst gesehen. So etwas sieht man etwa in den Smoky Mountains oder im Pacific Northwest.
Das liegt an den Terpenen und anderen flüchtigen organischen Verbindungen, die Bäume ausstoßen. Diese Stoffe reagieren mit Ozon und bilden Verbindungen, die blaues Licht streuen.
Sicher bin ich mir nicht, aber ich denke, dass dieser Dunst zusammen mit bestimmten Mikrostrukturen und der Dichte der Oberflächen von Nadelbaum-Nadeln eine Rolle bei der Kondensation von Wasser spielt. Bäume können herabfallende Tropfen oder Wasser, das sich an der Basis der Nadeln sammelt, direkter aufnehmen; die genaue Fähigkeit dürfte je nach Art variieren.
Dieser chemische Dunst wirkt auch als gemeinsamer Schutzschild gegen verschiedene Schädlinge und Krankheitserreger. Einzelstehende Nadelbäume sind anfälliger, weil ihnen dieser Schutzschild fehlt.
Yishan Wongs Startup Terraformation(https://www.terraformation.com/) ist ein Unternehmen, das dem Klimawandel ungefähr auf dieser Grundlage begegnen will.
Ozeanische Eisendüngung wirkt aus Albedo-Sicht bereits vielversprechend, und wenn man geeignete Terpen-Verhältnisse effizient synthetisieren und damit Wolken fördern könnte, ließe sich vielleicht Zeit gewinnen.
Ich habe immer wieder gesagt, dass es in Klimamodellen vieles gibt, was wir nicht verstehen und nicht abbilden können, werde dafür aber ständig heruntergevotet. Es gibt zu viele komplexe Variablen und Abhängigkeiten, um das Klima exakt zu modellieren.
Wer auch nur eine einfache Simulation gebaut hat, weiß, wie fragil so etwas ist. Selbst bei wenigen Variablen kann ein winziger Fehler oder eine Auslassung das Ganze aus der Bahn werfen.
Je mehr Variablen es gibt, desto schwächer wird der Effekt nicht, sondern stärker. Fehler werden nicht in vielen korrekten Variablen verdünnt, sondern durch Abhängigkeiten verstärkt.
Simulationen sind extrem anfällig für den Schmetterlingseffekt.
HN-Votes erfassen solche Nuancen nicht immer gut.
Das Thema ist interessant, weil ich mich damit nicht gut auskenne; ich frage mich, wie man bei komplexen, sich akkumulierenden Simulationsmodellen Unsicherheitsbereiche kommuniziert.
Kanada erlebte 2023 rekordverdächtige Waldbrände, und nun fragt man sich, wie sich dieser Effekt lawinenartig verstärken könnte
Die derzeitigen Wiederaufforstungsbemühungen reichen nicht aus und dienen größtenteils nicht der Wiederherstellung von Ökosystemen, sondern dazu, künftige Holzeinschläge zu unterstützen.
Ich fand diesen Artikel interessant, dem zufolge die australischen Waldbrände die La Niña der letzten Jahre verstärkt haben.
Trotzdem wünschte ich, man würde wie 2020 verbieten, dass Menschen nach draußen gehen und Waldbrände auslösen. Das war ein gutes Jahr.
Es ist erstaunlich, dass wir glauben, das komplexeste Phänomen der Erde, das Klima, zu verstehen. Wir haben nicht einmal die Hälfte erfasst, tun aber so, als wüssten wir Bescheid, und machen sogar Vorhersagen.
Eine 5-Tage-Wettervorhersage und Klimaprognosen sind völlig unterschiedliche Dinge, und selbst diese Wettervorhersage erweist sich manchmal als falsch.
Wenn man bedenkt, dass die Erde so heiß ist wie seit 100.000 Jahren nicht mehr, halte ich das für eine der besten Vorhersagen in der Geschichte der Geowissenschaften.
Hat der Begriff „Aussaat“ hier zwei Bedeutungen? Ich hatte ihn so verstanden, dass Partikel in Wolken eingebracht werden, um Regen auszulösen; im Artikel scheint er aber zu bedeuten, dass Partikel genutzt werden, um die Wolkenbildung anzustoßen.
Hier in Nordkalifornien habe ich es selbst gesehen. Küstenwälder atmen Wolkenmaterial aus.
Wenn die Bedingungen stimmen, stößt der Wald etwas aus, das sofort zu Nebel kondensiert, aufsteigt, zu Wolken wird und ins Landesinnere zieht. Die Bäume auf jedem Bergrücken sind synchronisiert, sodass der zuerst entstehende Nebel die Größe eines Bergrückens hat und beim Aufsteigen größer wird.
Es ist schön, dass dieses Phänomen wissenschaftliche Aufmerksamkeit bekommt, aber ziemlich seltsam, dass es wie eine Offenbarung aufgenommen wird. Wenn man den Wald einfach beobachtet, ist es völlig offensichtlich.
Ich glaube, in CBCs The Nature of Things „What Trees Talk About“ wurde dieses Phänomen und noch mehr behandelt. Anschauen lohnt sich.
[0] https://www.cbc.ca/natureofthings/episodes/what-trees-talk-a...