Wie Supernovae das Klima beeinflussen

Kosmische Strahlung aus hochenergetischen Protonen, Elektronen und Ionen trifft permanent aus dem All auf die äußeren Schichten der Erdatmosphäre. Diese Teilchenschauer – teils verursacht von fernen Supernovae – haben einen messbaren Effekt auf die Wolkenbildung und damit auch auf das Erdklima. Diesen Zusammenhang konnten Wissenschaftler nun mit Simulationen und Experimenten in einer Wolkenkammer belegen. Mithilfe der neuen Studie lässt sich auch der Einfluss der Sonnenaktivität auf das Erdklima genauer bestimmen, wie die Forscher im Fachjournal „Nature Communications“ berichten.

Gemeinsam mit seinen Kollegen untersuchte Henrik Svensmark von der Technischen Universität Dänemark in Lyngby das Wachstum von größeren Kondensationskeimen aus winzigen Aerosolpartikeln in der Atmosphäre. Diese Schwebeteilchen aus Schwefeloxiden, Ammoniak oder flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen sind mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern zu klein, um als Kondensationskeime für Tropfen zu dienen und damit die Wolkenbildung zu fördern. Werden die Partikel allerdings durch die kosmische Strahlung ionisiert, kann dies die Keimbildung und damit die Entstehung von Wolken signifikant unterstützen. Grundlage dieser Erkenntnis sind aufwendige Modelle, mit denen die Forscher das Wachstum von Kondensationskeimen aus Aerosolen am Computer simulierten: Tatsächlich fügten sich die Aerosolpartikel – aufgrund der Ionisation durch die kosmische Strahlung – zu größeren Konglomeraten mit Durchmessern von mindestens 100 Nanometern zusammen. Mit diesen Kondensationskeimen konnten sich daraufhin immer mehr Wassermoleküle verbinden, um schließlich zu Tropfen heranzuwachsen.

Die Resultate der Berechnungen überprüften Svensmark und sein Team mit Experimenten in einer acht Kubikmeter großen Wolkenkammer. Die kosmische Strahlung stellten sie mit ionisierender Gammastrahlung nach. Mit langen Messreihen, die insgesamt 3100 Stunden dauerten, konnten die Forscher bestätigen, dass sich winzige Partikel aus Schwefelsäure nach einer Ionisierung verstärkt zu Kondensationskeimen zusammenballten. Die ionisierende Gammastrahlung ließ die Wachstumsrate dieser Partikel um etwa 30 Prozent ansteigen.

„Wir haben das letzte fehlende Puzzleteil entdeckt, um den Einfluss von Teilchen aus dem All auf das Klima der Erde zu erklären“, so Svensmark. Die neuen Forschungsergebnisse helfen auch, die indirekten Auswirkungen der Sonnenaktivität auf das Erdklima genauer abzuschätzen. Denn in Zeiten schwacher Sonnenaktivität gelangt aufgrund der schwächeren Magnetfelder mehr kosmische Strahlung bis zur Erde – mehr Wolken entstehen und das Erdklima kühlt sich ab. Umgekehrt führt eine starke Sonnenaktivität zu geringerer Wolkenbildung und folglich einer Erwärmung. Temperaturschwankungen um bis zu zwei Grad in den vergangenen 10 000 Jahren könnten sich so erklären lassen.