Natürliche Nanopartikel-Bildung bei Regenfällen im Amazonas

Niederschläge im Amazonas-Regenwald lassen massenhaft natürliche Nanopartikel entstehen, die zur Bildung von Wolken und weiteren Regenfällen führen können.

Atmosphärische Aerosolpartikel sind für die Bildung von Wolken und Niederschlag essenziell und beeinflussen so den Energiehaushalt, den Wasserkreislauf und das Klima der Erde. Der Ursprung von Aerosolpartikeln in sauberer Luft über dem Amazonas-Regenwald während der Regenzeit ist bisher jedoch nicht geklärt. Eine neue Studie unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz zeigt, dass Regenfälle zur Neubildung großer Mengen von Nanopartikeln in der Luft über dem Blätterdach des Waldes führen.

Im Amazonas-Regenwald treten während der Regenzeit nachmittags regelmäßig starke Niederschläge auf. Damit sich Wolken und Regen bilden können, sind winzige Partikel in der Luft erforderlich, sogenannte Wolkenkondensationskerne, an denen Wasserdampf kondensieren und sich so Wolkentröpfchen bilden können. Die Quellen dieser Wolkenkondensationskerne über dem Regenwald konnten bisher allerdings nicht aufgeklärt werden.

Ein internationales Forschungsteam aus Deutschland, Brasilien, Schweden und China hat nun gezeigt, dass Regenfälle zur massenhaften Bildung natürlicher Nanopartikel führen, die in weiterer Folge zu Wolkenkondensationskernen heranwachsen können. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler analysierten umfangreiche Langzeitmessungen von Aerosolpartikeln, Spurengasen und meteorologischen Daten des Amazon Tall Tower Observatory (ATTO), das mit wissenschaftlichen Instrumenten und Messtürmen ausgestattet ist, die bis zu 325 Meter hoch sind. Die Forschungsstation liegt mitten im Amazonas-Regenwald im Norden Brasiliens, etwa 150 Kilometer nordöstlich von Manaus, und wird gemeinsam von Forschenden aus Deutschland und Brasilien betrieben.

Luiz Machado, Erstautor der jetzt in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlichten Studie, erklärt: „Durch den Regen werden Aerosolpartikel ausgewaschen und Ozon aus der Atmosphäre in das Kronendach des Waldes eingetragen. Das Ozon oxidiert von Pflanzen emittierte flüchtige organische Verbindungen, insbesondere Terpene, und die dabei entstehenden Moleküle können sich zusammenlagern und Nanopartikel bilden.“

Höchste Konzentration von Nanopartikeln direkt über dem Wald

Die Forschenden stellten fest, dass die Nanopartikelkonzentration direkt über dem Blätterdach am höchsten ist und mit zunehmender Höhe abnimmt. „Dieser Gradient bleibt während der gesamten Regenzeit bestehen. Das deutet darauf hin, dass sich regelmäßig Partikel im Kronendach bilden und in höhere Luftschichten strömen. Dabei wachsen sie durch weitere Aufnahme schwerflüchtiger Moleküle an und können als Wolkenkondensationskerne dienen“, fügt Christopher Pöhlker, Mitautor und Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemie, hinzu. Zu den schwerflüchtigen Molekülen, welche in die Bildung und das Wachstum natürlicher Nanopartikel in der Atmosphäre involviert sind, gehören sauerstoff- und stickstoffhaltige organische Verbindungen. Letztere entstehen bei der Reaktion von Ozon und Hydroxyl-Radikalen mit Isopren, Terpenen und anderen flüchtigen organischen Verbindungen, die von Pflanzen natürlich gebildet und in die Luft abgegeben werden.

Frühere Studien hatten die Bildung neuer Partikel im Nachgang von Gewitterwolken in der oberen Troposphäre nachgewiesen, was einen Abwärtsstrom der Partikel anstelle eines Aufwärtsflusses nahegelegt.

„Unsere Ergebnisse bedeuten einen Paradigmenwandel im wissenschaftlichen Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Regenwald, Aerosolen, Wolken und Niederschlag, die für das regionale und globale Klima wichtig sind“, schließt Ulrich Pöschl, Mitautor und Direktor am Max-Planck-Institut für Chemie.