03.09.2017
Himmelsforschung

Physiker Ottmar Möhler untersucht das Innenleben der Wolken

Karlsruhe — 
Seit mehr als 20 Jahren hat er Wolken im Kopf: Ottmar Möhler simuliert die Wetterphänomene in seinem Karlsruher Forschungsinstitut. Denn die Eigenschaften von Wolken geben den Forschern noch immer Rätsel auf.
Das Innenleben vieler Wolkenformen ist noch weitgehend unerforscht.
Das Innenleben vieler Wolkenformen ist noch weitgehend unerforscht.

 

Ottmar Möhler schaut gern in den Himmel. »Die Schönheit der Wolken hat mich schon immer fasziniert«, sagt der Physiker. Egal, ob er zum Wandern in den USA unterwegs ist oder durchs heimische Karlsruhe radelt: Kleine Pausen nutzt der 1,93 Meter große Mann gerne für den Blick nach oben.

Jetzt lehnt sein schwarzes Karbon-Rennrad in der Ecke eines Büros im Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Möhler arbeitet im Institut für Meteorologie und Klimaforschung in der Abteilung Atmosphärische Klimaforschung – er ist Wolkenforscher: »Wolken waren für mich schon immer ein Phänomen.«

Schon als kleiner Junge habe er als Sohn eines Landwirts Interesse an den unterschiedlichen Wolkenformen und ihrer Entstehung gehabt. »Ich hatte zudem einen guten Aushilfslehrer im Erdkundeunterricht, der mir die Wetterkarten in den Fernsehnachrichten und die Hochs und Tiefs gut erklärte«, sagt der 57-Jährige.

 

Der Wolkenforscher Ottmar Möhler untersucht seit über 20 Jahren, wie man Wolken unter kontrollierten Bedingungen herstellen kann.
Der Wolkenforscher Ottmar Möhler untersucht seit über 20 Jahren, wie man Wolken unter kontrollierten Bedingungen herstellen kann.

 

Wolken mit unterschiedlichsten Erscheinungsformen seien ein wesentlicher Bestandteil des Wettergeschehens, des Wasserkreislaufs und des Klimas, erklärt er: »Erfahrene Wetterbeobachter erkennen anhand von Wolkenformen Wetteränderungen, Meteorologen entwickeln daraus komplexe Computermodelle zur Vorhersage des Niederschlags, und Klimaforscher untersuchen den Einfluss kleinster Veränderungen der Wolkenbedeckung auf das regionale und globale Klima.«

Aufgewachsen ist Möhler im Norden von Baden-Württemberg, im hohenlohischen Malach, in einem ländlich-katholischen Gebiet. »Wenn man in der Landwirtschaft groß wird, ist man ja sehr vom Wetter abhängig, ob es regnet oder nicht«, sagt der Vater von vier erwachsenen Kindern. Sein Vater habe ihm irgendwann ein Luftdruck-Barometer erklärt und auf die Zeiger geklopft, um zu zeigen, wann diese schönes Wetter oder Regen anzeigen.

Heute untersucht Möhler die Prozesse, die zu unterschiedlichen Niederschlägen führen, wissenschaftlich. »Im Klimasystem sind Wolken etwas Hochkomplexes, und viele Wolken sind noch immer nicht erforscht.«

 

Erfahrene Wetterbeobachter erkennen anhand von Wolkenformen Wetteränderungen.
Erfahrene Wetterbeobachter erkennen anhand von Wolkenformen Wetteränderungen.

 

Am Institut für Meteorologie und Klimaforschung arbeitet er daran, wie man Wolken simulieren und unter kontrollierten Bedingungen herstellen kann: In einer gut 10 Meter hohen und 84 Kubikmeter großen Wolkenkammer namens AIDA (Aerosol-Interaktionen und Dynamik in der Atmosphäre) werden mithilfe von Feuchtigkeit, Temperatur und Luftdruck Wolken erzeugt. Die Wissenschaftler versehen sie mit sogenannten Aerosolen, kleinsten Feinstaubpartikeln aus Ruß, Pollen oder Sand, an denen sich gekühltes Wasser anheften kann.

Die Wolkenkammer ist bundesweit einzigartig. Möhlers Institut betreibt mit ihr eine Versuchsanlage, in der Abkühlraten und Eisübersättigungen von Wolken simuliert werden. Dadurch sollen insbesondere die Entstehung von Eispartikeln und deren physikalische Eigenschaften untersucht werden.

Um zu zeigen, was in ihrem Inneren geschieht, hat Möhler zu Demonstrationszwecken eine 30 Zentimeter kleine Mini-Wolkenkammer auf einem Tisch vor der eigentlichen Experimentierkammer aufgebaut (Bild rechts). Mit einer Pumpe erzeugt er Druck in der Minikammer, sodass sich zunächst kaum sichtbare Tröpfchen bilden.

 

Wolken: Die Wassertröpfchen bilden sich um Kondensationskerne herum, wenn die Feuchtigkeit der Luft 100 Prozent geringfügig übersteigt.
Die Wassertröpfchen bilden sich um Kondensationskerne herum, wenn die Feuchtigkeit der Luft 100 Prozent geringfügig übersteigt.

 

In einem weiteren Demoversuch zeigt er die Bildung von Eiskristallen: Aus einer Kühlbox nimmt er eiskaltes Wasser mit einer Temperatur von minus 8 Grad Celsius. Da reines Wasser erst bei minus 35 Grad gefriert – wie in den obersten Wolkenschichten in 8 Kilometern Höhe –, ist das Wasser in der Flasche aus der Kühlbox noch flüssig.

Auf Wolke 7

»Achtung, jetzt genau hinschauen«, sagt Möhler, als er das kühle Wasser auf einen Tannenzapfen fließen lässt. Binnen Sekunden bildet sich auf dem Zapfen erst eine Eisschicht, die wenige Minuten später zu Eismatsch erwärmt. »So etwa geschieht es auch in Wirklichkeit in der Atmosphäre, da geht es immer um Luftdruck und Feuchtigkeit, um Ausdehnen, Abkühlen, Komprimieren«, erklärt der Physiker.

Eine Wolkenart interessiert ihn vor allem: »Für das Klimasystem sind besonders die hohen Zirrus-Eiswolken bedeutsam.« Sie bestehen aus Eiskristallen, die sehr groß werden könnten. Deshalb untersuchen Möhler und sein Team von rund 40 Studierenden aus Europa und den USA, unter welchen Bedingungen diese speziellen Zirruswolken entstehen, welche Feinstaubpartikel sich darin befinden und warum diese Wolken zur Erderwärmung beitragen. Seine Untersuchungen sollen auch zu einer optimaleren (Un-)Wettervorhersage beitragen.

Die Begeisterung hat er auch nach rund 20 Jahren wissenschaftlicher Forschung nicht verloren: »Es ist richtig spannend, was so alles in den Wolken abgeht.«

 

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