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Freitag, 28.07.2017
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Springender Sand hilft Klimamodellen

Rolle von elektrischen Feldern bei der Entstehung von Staubaerosolen entdeckt

Wandernde Sanddünen, Erosion von Felsen oder der Staubsturm in der Wüste – landläufig gilt der Wind als treibende Kraft hinter diesen Phänomenen. Doch er ist nicht allein. Ein jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlichtes Modell bezieht erstmals auch die Rolle der statischen Elektrizität bei diesen Prozessen mit ein. Die neuen Erkenntnisse könnten auch helfen, existierende Klimamodelle und Modelle der Aerosolfreisetzung zu verbessern.
Sanddünen

Sanddünen

Wenn der Wind auf lose Sandkörner am Boden trifft, wirbelt er sie auf und lässt sie dann in einiger Entfernung wieder zu Boden sinken. Diese so genannte Saltation bildet die Basis von so unterschiedlichen Prozessen wie dem Wandern einer Sanddüne oder aber dem Aufwirbeln und Freisetzen von Feinstaub und Aerosolen in die Atmosphäre. So klein sie auch sind, bilden diese Schwebteilchen einen wichtigen Faktor im irdischen Klimasystem. Denn je nach Dichte und Typ können sie die Wolkenbildung fördern, Sonnenlicht reflektieren oder absorbieren und damit die Temperatur der Atmosphäre anheizen oder aber abkühlen.

Bisherige Modelle der Saltation ungenügend


„Der Effekt der Aerosole ist einer der unsichersten Prozesse beim Modellieren des Klimawandels“, erklärt Jasper Kok, Doktorand an der Universität von Michigan und gemeinsam mit Nilton Renno Autor einer Studie, die die Saltation, den Entstehungsprozess einiger Aerosole, genauer untersucht hat. Anstoß für ihre Arbeit waren erst in jüngster Zeit erfolgte Freilandmessungen der Saltation, die dem klassischen Modell dieses Prozesses, aufgestellt auf der Basis von Windkanalversuchen, zu widersprechen schienen.

Nichts als Sand...

Nichts als Sand...

Der Verdacht der Forscher: Möglicherweise spielte neben dem Wind noch eine Kraft, nämlich die statische Elektrizität oder Aufladung der beteiligten Partikel eine wichtige Rolle. Schon beim Studium der so genannten „Dust Devils“, einer Art Miniwirbelstürmen aus Staub in der Wüste von Arizona, war den Wissenschaftlern aufgefallen, dass diese ein starkes elektrisches Feld besaßen. Jetzt gelang es ihnen, den Einfluss der Elektrizität auf die Saltation physikalisch zu beschreiben und in einem Modell zu erfassen.


Elektrisches Feld als Staubschleuder


Es zeigte sich, dass die Saltation ein elektrisches Feld erzeugt, das so stark ist, dass es die Konzentration der springenden Sandpartikel gegenüber der reinen Windwirkung sogar mehr als verdoppelt. „Wir haben entdeckt, dass die Bodenoberfläche eine positive, die der Partikel eine negative Ladung entwickelt, wenn die Teilchen springen und gegeneinander stoßen und sich reiben“, erklärt Renno. „Dieses elektrische Feld kann stark genug werden, um Sand direkt von der Oberfläche anzuheben.“

„Das stellt einen grundsätzlichen Wandel in unserem Verständnis der Saltation dar“, so der Forscher weiter. „Jetzt wissen wir auch mehr über die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die die Staubaerosole in die Atmosphäre schleudert. Wir können daher jetzt auch die Klimamodelle in Bezug auf die Freisetzung von Aerosolen verbessern.“
(University of Michigan, 09.01.2008 - NPO)
 
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