Wie Wassertröpfchen bei Turbulenz verdunsten

In der Atmosphäre werden Wolken ständig mit trockener Luft durchmischt. Dieser Prozess beeinflusst Größe und Verteilung der Tröpfchen und hat damit Einfluss auf die Absorptionseigenschaften der Atmosphäre. Mit holografischen Messungen konnte nun eine internationale Forschergruppe diesen Vorgang im Detail untersuchen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, fanden sie deutliche Unterschiede zu bisher genutzten theoretischen Modellen. So haben ihre Ergebnisse Auswirkungen sowohl auf Wettervorhersagen als auch auf Klimamodelle.

„Eine bestimmte Menge an Wasser lässt sich in viele kleine oder wenige große Tröpfchen aufteilen“, sagt Wolkenforscher Raymond Shaw von der Michigan Technological University in Houghton. Wie diese Verteilung in Wolken aussieht, die ständig mit trockener Luft durchwirbelt werden, analysierte Shaw zusammen mit Kollegen vom National Center for Atmospheric Research und von der Johannes Gutenberg Universität in Mainz. Mit einem holografischen Detektor flogen sie durch Kumulus-Wolken über den US-Staaten Colorado und Wyoming. Dabei wurden Laserstrahlen von den untersuchten Tröpfchen reflektiert. Die dabei aufgezeichneten 3D-Hologramme lieferten Daten zur Menge und Größe der Tröpfchen in turbulenten Strömungen.

Jedes Hologramm zeigte die Verteilung von etwa 1000 Tröpfchen in einem kubischen Messvolumen mit knapp 2,5 Zentimeter Kantenlänge. Wurden diese feuchten Wolkenabschnitte von trockener Luft durchwirbelt, setzte ein Verdunstungseffekt ein. Dabei schrumpften jedoch nicht wie eigentlich erwartet alle Tröpfchen mehr oder weniger gleichmäßig. Die Verdunstung erfolgte dagegen inhomogen, so dass einige Tröpfchen gänzlich verschwanden und der Durchmesser der verbleibenden Tröpfchen von etwa 16 Mikrometern konstant blieb.

Diese Messungen lieferten reale Daten zur Größe und Verteilung von Wassertröpfchen in Wolken. Sie widersprechen herkömmlichen Annahmen, die in vielen Klimamodellen und Wettervorhersagen genutzt werden. Daher sind Raymond Shaw und Kollegen überzeugt, dass ihre Studie die bisher genutzten Wolkensimulationen besonders im Grenzbereich an den Wolkenrändern maßgeblich verbessern könnten. In Zukunft könnten weitere Wolkentypen mit diesem holografischen Detektor untersucht werden, um ein besseres Bild über die Tröpfchenverteilung in der Atmosphäre zu erhalten.