Wolken & Partikel

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Umwandlung und Entfernung

Nachdem sie in die Atmosphäre emittiert wurden, verweilen Partikel dort im Mittel für eine Woche oder weniger. Früher oder später müssen sie also wieder verschwinden. Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten: trockene und nasse Deposition (Deposition bedeutet soviel wie 'absetzen').
Bevor sich Partikel jedoch absetzen, und damit durch natürliche Prozesse zur Erde zurückkehren, kann sich ihre Größe, Konzentration und chemische Zusammensetzung durch verschiedene Mechanismen auf diverse Weise ändern.

Entwicklung von Partikeln in der Atmosphäre

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Partikels zu ändern.

Da sie sich immer in Bewegung befinden, können sie mit anderen Partikeln kollidieren. Solche Kollisionen führen bisweilen dazu, dass die Partikel aneinander haften bleiben und einen neuen großen Partikel bilden. Man spricht von Koagulation. Sie führt also dazu, dass kleinere Partikel ständig entfernt werden, dafür aber größere entstehen.

Weiterer Wasserdampf kann gleichzeitig auf den Partikeln kondensieren. So wachsen diese weiter, während sie sich zusammenfinden.

Die Wolke: ein großes Labor

Wir haben gelernt, dass Wolkenbildung dadurch vonstattengeht, dass Wasserdampf sich auf Wolkenbildungskeimen (den CCN) niederschlägt. Während der Bildung der Wolke werden einige Partikel mit der Hilfe von Wasser zu Wolkentropfen. In einem jedem dieser Tropfen finden nun genauso chemische Reaktionen in wässriger Lösung statt, wie in einem Reagenzglas bei einem chemischen Experiment.
 

Wir werden oft beobachtet haben, dass bei weitem nicht jede Wolke auch Regen bringt. Die Wolkentropfen können wieder verdunsten, anstatt als Regentropfen zu enden. Was übrig bleibt, ist wiederum der Partikel, der sich aber während seiner Zeit im Wolkentropfen chemisch wie physikalisch (in der Größe) verändert hat. Partikel können während ihres atmosphärischen Daseins mehrere Prozesse von Kondensation, Verdunstung und erneuter Kondensation in Folge durchlaufen. Aerosole werden also in Wolken  umgewandelt. In der englischen Fachsprache bezeichnen wir dies als 'cloud processing', ein Veränderungsprozess durch das Dasein in der Wolke.

Wie Partikel die Atmosphäre verlassen: Deposition

Partikel können ihren Schwebezustand in der Atmosphäre einfach dadurch verlassen, dass sie sich auf Oberflächen absetzen. Sie sinken durch ihr Eigengewicht ab oder bleiben irgendwo hängen, wenn sie mit der Luftströmung schweben. Ist hierbei kein Wasser im Spiel, so sprechen wir von einem Prozess des trockenen Absetzens, in der Fachsprache: Trockene Deposition. Die andere Möglichkeit ist, dass Partikel in der Atmosphäre von wasserhaltigem Niederschlag (Regentropfen, Schneeflocken) umgeben, eingefangen oder mitgerissen werden. Dann sprechen wir von nasser Deposition.

Der simpelste Weg trockener Deposition ist ein Absinken auf Grund der Schwerkraft. Wir nennen dies Sedimentation. Solches widerfährt vor allem den schwersten unter den Partikeln. Man findet sie oft relativ nahe bei ihren Quellen wieder, da sie nicht weit kommen. In einer trockenen, ruhigen Atmosphäre ist die Obergrenze der Aerosolgröße, die wir in der Luft finden, eben durch diese Sedimentation bestimmt.
Da die Atmosphäre nicht immer ruhig ist, ist trockene Deposition stark vom Wind abhängig. Dieser kann auch große Partikel über lange Distanzen weit von ihren Quellen wegtragen.

Nasse Deposition erfolgt in Gegenwart von atmosphärischem Wasser entweder in der Wolke oder unter der Wolke:
In der Wolke fungiert ein Teil des Aerosols als CCN, an dem das Wasser kondensiert, um Wolkentropfen zu bilden. Regnet die Wolke aus, dann verschwinden mit dem Tropfen natürlich auch die Partikel in ihr in Richtung Erdboden. Bevor er sich auf die Reise macht, kann der Tropfen noch einige Aerosolteilchen in der Luft um ihn herum einsammeln. Auch sie verschwinden mit dem Tropfen, wenn er fällt.

Unterwegs kann der Regentropfen (oder die Schneeflocke) schließlich noch ein paar andere Partikel mitreißen, die gerade in seiner Fallstrecke schwebten. Auch diese Partikel werden mit dem Regen aus der Luft ausgewaschen.

Nasse Deposition reinigt somit die Atmosphäre. Schauen Sie sich die Windschutzscheibe von Autos an. Manchmal ist sie ganz schön mit Staub bedeckt, wenn es geregnet hat. Denken Sie auch daran, dass wir nach einem Regenguss oft das Gefühl haben, reinere Luft zu atmen ....

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Author: J. Gourdeau, LaMP Clermont-ferrand, France.
Scientific reviewer: Dr. Maud Leriche, CNRS LaMP, France.
Date of generation: 2003-12-03.
Übersetzung 2004 und letzte Überarbeitung 2007-09-04: Elmar Uherek - Max-Planck-Institut für Chemie Mainz