Kurze Lichtpulse unterstützen die Bildung von Kondensationskeimen für Tropfen in der Atmosphäre

Wassertröpfchen

Genf (Schweiz)/Berlin - Kurze, starke Laserpulse eignen sich als Regenmacher. Denn selbst in einem wolkenfreien Himmel bilden sich innerhalb von Laserstrahlen verstärkt Kondensationskeime für Regentropfen. Das zeigten jetzt deutsche und Schweizer Physiker, die mit ihrem ausgeklügelten Versuchsaufbau analysierten, wie sich Wasserdampf in der Luft mit Lasern zur Kondensation bringen ließ. Ihre Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift "Nature Communications", legt die Grundlagen für das kontrollierte Erzeugen von Regen mithilfe von Laserstrahlen. Diese Methode könnte in Zukunft eine umweltfreundliche Alternative zu der heute genutzten Regen verursachenden Impfung von Wolken mit Silberiodid-Partikeln bieten.

"Laserstrahlen können die Kondensation von Wasser einleiten und zu einem schnellen Tropfenwachstum bis zu einigen Mikrometern Durchmesser in der Atmosphäre führen", berichten Ludger Wöste von der Freien Universität Berlin und seine Kollegen von der Université de Genève. Für ihre Experimente fuhren sie vom Winter 2009 bis zum Frühjahr 2010 mit ihrem "Teramobile" an das Ufer der Rhône bei Genf. An Bord des Forschungsfahrzeugs befand sich ein leistungsfähiger Terawatt-Laser, der etwa zehnmal pro Sekunde extrem kurze Laserpulse im nahen Infrarot-Bereich in den Himmel aussenden konnte. Bei unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten bestimmten die Forscher die Bildung von Kondensationskeimen entlang der Laserstrahlen. Aus diesen können Regentropfen entstehen.

Entlang des Laserstrahls bildete sich ein Plasma aus ionisierten Teilchen. Mit speziellen Nachweisgeräten konnten Wöste und Kollegen beobachten, wie sich Gas- und Wassermoleküle zu größeren Teilchen zusammenlagerten. Schon bei einer relativen Luftfeuchte von 70 Prozent vervielfachte der Laserstrahl die Anzahl von Nanopartikeln von etwa 25 Millionstel Millimeter Größe. Dabei lagerten sich bevorzugt Wasser- und Nitratmoleküle zusammen. In der Luft enthaltene Stickoxide (NO2) bildeten dabei die Quelle für das Nitrat. Schnell konnten weitere Moleküle an diese Kondensationskeime andocken und sogar zu einzelnen Tröpfchen mit Durchmessern von einigen Millionstel Metern heranwachsen.

Als Regenmacher eigneten sich diese Versuche noch nicht, da mit einem einzigen Laser nur lokal sehr begrenzt Wasserdampf kondensiert werden konnte. Doch zeigen die Messungen, dass Laserstrahlen prinzipiell die Bildung von Niederschlag unterstützen könnten. Wieviele Laser dafür nötig wären, haben die Forscher noch nicht abgeschätzt. Doch hoffen sie, dass diese Methode die Impfung von Wolken mit Silberiodid oder anderen Salzen in Zukunft ersetzen könnte.

In früheren Versuchen hatten die "Teramobile"-Forscher bereits gezeigt, dass ihre gen Himmel gerichteten Laserstrahlen sogar als mobile Blitzableiter wirken. Über mehrere Meter konnten sogenannte Plasmakanäle in der Luft erzeugt werden, durch die die elektrische Ladungen der Blitze bevorzugt zum Boden gelangten.