Wetter Der Wolkenturm

In einem neuen Simulator erforschen Leipziger Meteorologen die Geheimnisse von Kumulus, Zirrus und Stratus

Frank Stratmanns Wolke hat nur einen Augenblick zu leben. Nur für eineinhalb Sekunden wächst sie im neuen Leipziger Wolkensimulator heran – dann ist das Strömungsrohr des Labors schon zu Ende, und das nebulöse Gebilde aus einer genau dosierten Menge winziger Schwebeteilchen und kondensierten Wasserdampfs hat sich verflüchtigt. In dieser kurzen Zeitspanne, so hoffen Wolkenforscher Stratmann und sein Chef Jost Heintzenberg, der Leiter des Leibniz-Instituts für Troposphärenwissenschaften, können sie dem flüchtigen Dunstschleier in ihrem Labor die Informationen entreißen, die dessen große Schwestern draußen am Himmel den Physikern und Meteorologen beharrlich verweigern.

»Die Wolke ist das schwarze Schaf der Klimaforschung«, sagt Heintzenberg. Für den Meteorologen ist sie das komplizierteste Gebilde der Atmosphäre. »Wer verstehen will, wie sie sich bildet oder auflöst, wie sie lebt, regnet, schneit oder hagelt, muss gleichzeitig Gase, Flüssigkeiten und Festkörper betrachten – und die Übergänge zwischen diesen drei Phasen«, beschreibt Heintzenberg sein Forschungsobjekt. Dazu kämen die Sonnenstrahlung und chemische Prozesse. Und die Dynamik: »Wie turbulent es in den Wolken zugeht, merkt jeder, wenn ihm im Flugzeug der Kaffee auf die Hose schwappt.«

Mit Ballons und Flugzeugen, mit Radar und Satelliten sind er und seine Kollegen den wässrigen Gebilden in der freien Wildbahn schon zu Leibe gerückt. Doch Kumulus, Stratus und Co. sind nicht so einfach zu fassen. Vor allem das Zusammenspiel zwischen den Aerosolen, den feinen Schwebepartikeln und dem Wasserdampf gibt noch viel Anlass zur Forschung. »Deshalb sind Wolken der große Unsicherheitsfaktor in allen Klimamodellen«, sagt Heintzenberg. Wenn Forscher noch immer debattieren, wie stark die Atmosphäre sich in den kommenden Jahrzehnten erwärme, wenn es stets neue Antworten darauf gibt, wie hoch der Meeresspiegel steigen wird, wo die Sommer heißer oder kühler werden, dann liegt das zum Teil am unerforschten Mitspieler Wolke.

Vor Heintzendorfs Bürofenster bauscht sich jeden Tag wieder das gleiche Wölkchen am Horizont auf – allerdings ein menschengemachtes. Es ist die Kondensfahne des Kraftwerks Lippendorf am südlichen Stadtrand. »Eines der modernsten und saubersten Kraftwerke«, lobt der Wolkenforscher. Die Dampfwolke erinnert daran, wie die Wolkenforscher nach Leipzig kamen. Schon zu DDR-Zeiten, als die schwefligen Rußwolken der damaligen Braunkohle-Dreckschleudern den Himmel über der Leipziger Bucht verfinsterten, untersuchte eine Arbeitsgruppe für Ökotoxikologie die Luftbelastung der Region.

Sonst stehen heute nur ein paar Zirrenschleier am Himmel über Leipzig. »Ganz widerliche Wolken«, entfährt es Heintzenberg – weil sie es den Wissenschaftlern extrem schwer machen. Je nachdem, wie hoch und wie dicht das fedrige Gespinst aus Eiskristallen am Himmel steht, kann es die Atmosphäre entweder kühlen oder aufwärmen.

Für die Forschung ist es ein gewaltiges Projekt, all die Vorgänge in der Atmosphäre im Labor nachzubilden. Leider gibt es keine Reagenzgläser mit himmlischen Ausmaßen. Daher müssen sich die Wissenschaftler damit begnügen, einen Ausschnitt des Wolkenlebens nachzustellen und zu untersuchen. Im Fall Leipzig vor allem die Geburt.

Deswegen ragt seit kurzem gleich hinter Stratmanns Büro ein 16 Meter hoher Aluminiumzylinder in den Leipziger Himmel. Vor wenigen Tagen ist der Wolkensimulator in Betrieb gegangen. Wer darin eine Wetterküche sucht, in dem Alchimisten Nebelschwaden wabern lassen oder wattigen Dunst zum Regnen bringen, wird enttäuscht. Nirgends bauscht sich Dampf zu Gewölk, von einem durch den Raum schwebenden Kumulus ganz zu schweigen. Kein Rauschen, kein Prasseln, kein leises Zischen – nur das monotone Surren von Kühlaggregaten hallt von den Betonwänden des Wolkenturms zurück. Zu sehen ist Stratmanns Wölkchen gar nicht – denn jedes Guckfenster würde nur die Messung beeinträchtigen.

Stattdessen füllen dicke Rohre, stricknadelfeine Röhrchen, Schläuche, Metallschienen, Kabel und Glaskolben den Raum. Zwischen all den Leitungen würde das Herz der Anlage – ein fingerdickes, senkrechtes Edelstahlrohr genau im Zentrum des runden Turms – gar nicht auffallen. Ins Auge springt es nur, weil ein handbreiter, mit Kühlmittel gefüllter Plexiglaszylinder den eigentlichen Wolkenkanal umhüllt. Und das kühlende Glykolgemisch ist nur in einer einzigen Farbe lieferbar: in giftig-schreiendem Leuchtpink.

In diesem Rohr also brauen die Leipziger Wolkenmacher ihr Gewölk. Das Rezept ist nicht geheim: Man leite einen Strahl leicht staubiger, feuchter Luft in das gekühlte Rohr. Die Luft enthält eine ganz genau gezählte Menge feinster Partikel – welche, das hängt vom Experiment ab. Dann warte man ab: Kondensiert die Feuchtigkeit an den Partikeln zu Tröpfchen? Wachsen die Tropfen? Gefrieren sie gar? Auf seinem Weg und am Ende des Wolkenkanals strömt das Gemisch durch Partikelzähler, eine Ebene aus weißem Licht. Aus der Streuung des Lichtes können Stratmann und seine Kollegen dann bestimmen, wie viele Tropfen entstanden und wie groß sie geworden sind.

Ein ganzer Turm nur für ein fingerdickes Rohr – genau genommen sogar nur für einen zwei Millimeter breiten Luftstrahl im Inneren dieses Rohres? Das Drumherum ist notwendig, weil Wolken so furchtbar sensible Wesen sind. »Wir müssen einen ungeheuren Aufwand betreiben und sehr, sehr präzise arbeiten, um die Bedingungen ganz exakt einstellen zu können«, erläutert Stratmann. Das Edelstahlrohr kann auf Hundertstelgrade genau gekühlt werden. Den Platz im Turm braucht nicht der Wolkensimulator selbst, sondern die Batterien von Kühlaggregaten, Zerstäubern, Filtern, Trocknern und Befeuchtern, die die winzigen Partikel exakt dosieren und vermessen. Allein um das Raumklima in allen Etagen des hermetisch abgeschlossenen Wolkenturms stabil zu halten, wird eine riesige Anlage benötigt. Die Temperaturen im Erd- und im Dachgeschoss dürfen sich höchstens um ein halbes Grad unterscheiden.

Das pink leuchtende Wolkenrohr ist derzeit nur gut einen Meter lang, nach und nach soll es auf acht bis zehn Meter wachsen. Den Vollbetrieb kann der Simulator im Frühjahr 2006 aufnehmen. Dann dürfen die Wolken im Wolkenturm schon bis zu einer Minute leben. »Eine weltweit einzigartige Anlage«, schwärmt Heintzenberg für seinen Wolkenturm. Zwar gibt es auch andere Anlagen – zum Beispiel in Mainz, wo in einem Windkanal geforscht wird. Doch dort verfolgt man einen anderen Ansatz: »Da wird eher die reife Wolke untersucht.«

Das besondere Interesse der Leipziger gilt den Partikeln, die den Wolkentröpfchen als Kondensationskeime dienen. Im ersten Experiment des Leipziger Wolkensimulators werden Rußteilchen aus einem Funkengenerator mit Ammoniumsulfat und Levoglukosan beschichtet – einem Stoff, der bei Waldbränden entsteht. Die Vermutung, dass große Partikeldichte Wolken wachsen lasse, hat sich allerdings in der Natur nicht bestätigt. In Südchina zum Beispiel herrscht infolge des Wirtschaftsbooms eine ungeheure Rußbelastung. »Es wird rücksichtslos der letzte Dreck verbrannt.« Die Rußpartikel sorgten unter den dortigen Bedingungen aber überraschenderweise für gutes Wetter. Denn statt Wolken zu bilden, erwärmen die feinen Schwebeteilchen die Luft um sie herum – und unterdrücken so die Bildung neuer Wolken.