Möglichkeiten der Wetterbeeinflussung: Grundlagen des Wolkenimpfens

1. Peter Eichendorff Vorlesung: Ingenieurhydrologie Möglichkeiten der Wetterbeeinflussung:Grundlagen des Wolkenimpfens

2. Gliederung der Präsentation • 1. Einblick in die historische Entwicklung der Wolkenimpfung • 2. Theorie: 2.1 Kondensation und Tropfenbildung 2.2 Eigenschaften der Aerosolpartikel 2.3 Tropfenwachstum und Niederschlagsbildung 2.4 Schematische Abbildung der Prozesse in Hagelwolken • 4. Funktionsweise des Wolkenimpfens • 5. Praktische Umsetzung • 6. Staaten und Anwendungsziele • 7. Fazit und Quellenangaben

3. Einblick in die historische Entwicklung der Wolkenimpfung • 1947: B.Vonnegut beobachtet im Laborversuch Eiskristallbildung in einer unterkühlten Wolke durch einbringen von Silberiodid • 1952 Project Cumulus (Royal Airforce), 230mm/24h in Lynmouth • 50 -70er Jahre: weitere Eprobungen vor allem in den USA und der UdSSR (Hagel-und Hurricaneabwehr, „Regenmachen“, Militärische Zwecke) • 1967-´72: Operation Popeye der US Airforce in Vietnam • Ab ca. 1970 erste private Unternehmen für Hagelabwehr • 1976 Resolution der UN gegen die Nutzung von Einflüssen der natürlichen Umwelt als Waffe in einem Krieg oder bewaffnetem Konflikt • aktuell wird die Wolkenimpfung in 24 Staaten angewendet, obwohl die Methode nicht wissenschaftlich verifiziert ist

4. Theorie: Kondensation und Tropfenbildung • Laborversuch in einer Nebelkammer zeigt: Tropfenbildung in absolut sauberer Luft erst bei einer relativen Feuchte von ca. 800%. • Kondensation in der Atmosphäre im Allgemeinen bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von ca. 100% aufgrund von feinen und feinsten Partikeln • Hygroskopische (wasseranlagernde) Aerosolteilchen werden als Kondensationskerne bezeichnet.

5. Allgemeine Größenordnungen Aitken Kerne (< 0,1µm) Große Kerne (0,1- 2µm) Riesenkerne (> 2µm) Vorkommenanzahl / cm³ Luft Saubere Gebirgsluft, saubere Meeresluft: ca. 1000/cm³ Großstädte: bis etwa 100000/cm³ Eigenschaften der Aerosolpartikel • Herkunft der Partikel: • Staubpartikel von der Erdoberfläche sowie von Vulkanausbrüchen • Salzteilchen aus den Ozeanen • Partikel aus Verbrennungsvorgängen : Industrie, Kraftwerke, Verkehr, Waldbrände usw. • Biologische Partikel (Bakterien und ähnliches)

6. Tropfenwachstum und Niederschlagsbildung • Wovon hängt es ab, ob ein Tropfen die Erdoberfläche erreicht oder nicht? Im wesentlichen von seiner Größe, die bei 0,5 mm oder höher liegen muss (Ausnahme: Sprühregen). • Durch Kondensation allein entstehen jedoch höchstens Tropfengrößen bis 0,1 mm. Daher sind weitere Effekte zu beachten die das Tropfenwachstum beeinflussen: • Koaleszenz (Zusammenfließen bei Berührung) • Bergeron-Findeisen-Prozess: In Mischwolken kommen je nach Höhe und Temperatur sowohl unterkühlte Wassertröpchen als auch Eiskristalle vor. Da der Sättigungsdampfdruck über Eis geringer ist, wachsen die Eiskristalle schon, während neben ihnen die Tröpfchen noch verdunsten.

7. Schematische Abbildung der in Hagelwolken stattfindenden mikrophysikalischenProzesse (nach H. Höller, P. F. Meischner, 1993)

8. Funktionsweise des Wolkenimpfens • Es erfolgt das Einbringen von Kondesationskernen (meist Silberiodid) in eine ausreichend kühle Wolkenschicht. Der vorhandene Wasserdampf kondensiert auf dem Kern. Es bildet sich ein Tropfen, der nun aufgrund der Kristallstruktur des Silberiodids schon bei ca. -5°C gefriert und ein Eiskristall bildet.

9. Funktionsweise des Wolkenimpfens (2) • Wirkung: • Bei Gewitterwolken entstehen durch die zugefügten Kondensationskerne im Idealfall nun mehrere kleine Hagelkörner statt weniger großer, da der vorhandene Wasserdampf auf einer größeren Menge von Kondesationskernen kondensiert bzw. danach auch sublimiert. (Hagelabwehr) • Bei Wolken mit zu kleinen Wassertropfen entstehen durch die Impfung Eiskristalle und es kommt verstärkt zum Bergeron-Findeisen Prozess und somit zum „Abregnen“ der Wolke.

10. Trägerarten Flugzeug (Fackeln oder Generatoren mit Brennern) Boden-Luft-Raketen Bodengeneratoren Artilleriegeschosse Praktische Umsetzung der Wolkenimpfung • Verwendbare Stoffe: • Silberiodid (als Eiskern) • Verschiedene Salze (z.B. NaCl, KCl) • Trockeneis

11. Verteilung in der Wolke z.B. mithilfe eines Brenners am Flugzeug Verbrennung einer 6%igen Silberiodid-Aceton Lösung Umsetzung der Wolkenimpfung mit Silberiodid • Stoffeigenschaften von Silberiodid: • Hellgelbes mikrokristallines Pulver • Teilchengröße: 1-500nm • Ab -4,5°C wirksam • Bereits in Geringen Mengen wirksam: bis zu 10 Gefrierkeime pro Gramm • Zerfällt unter Lichteinwirkung (UV-Strahlung) zu Silber und Iod umweltverträglich

12. Staaten und Anwendungsziele • In etwa 24 Staaten wird die Wetterbeeinflussung mittels Wolkenimpfung durchgeführt, hier eine Auswahl der wohl intensivsten Nutzungsländer: • China, Israel, USA, Australien, Russland, Thailand, Kanada, Indien, Frankreich, Kroatien, Deutschland, Österreich, Schweiz... Anwendungsziele: • Vergrößerung des lokalen Wasserdargebots besonders in Trockenzeiten oder allgemein in ariden Gebieten • Hagelabwehr für Agrargebiete oder andere Zwecke (z.B.Sindelfingen) • Klare Sicht über Flughäfen sowie Luftreinigung in Städten (Smog) • Erhöhung der Schneesicherheit in Skigebieten • Heiteres Wetter an Festtagen (Russland 9.Mai, China- Olympische Spiele)

13. Fazit • Der wissenschaftliche Beweis für die Wirksamkeit der Wolkenimpfung ist nicht erbracht! Daher ist das ganze Thema sehr umstritten. • Viele Staaten zeigen dennoch großes Interesse an der Wetterbeeinflussung, vor allem jene, die bereits heute einen Wassermangel haben • Im Umgang mit dem Klimawandel ist Wetterbeeinflussung von Bedeutung, Klimabeeinflussung wird erforscht • Begriff des Geoengineering gewinnt an Bedeutung

14. Quellen • Analyse der Effizienzder Hagelabwehr in der Steiermark anhand von Fallbeispielen von Gunter C. Pachatz • Malberg H.: Meteorologie und Klimatologie, Springerlink online Ausgabe • www hagelabwehr.com • http://rio.x-game.de/public_storage/Dekadische%20Klimavariablit%E4t/%DC3%20Aerosol_Atmosphaere.pdf • http://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_seeding • http://www.rwe.com/web/cms/de/66562/rwe-magazin/wetter-bauernregeln-regenmacher/die-wettermacher/ • www.wikipedia.org