Der Regenmacher
Ein winziger Kristall, der Wolken zum Regnen bringt. Silberiodid lässt Eis entstehen. Forschende der TU Wien zeigen auf atomarer Ebene die eigentliche Auslösung von Eisbildung.
Eigentlich kann das Wetter nicht kontrolliert werden, doch bestimmte Wolken lassen sich gezielt dazu bringen, Regen oder Schnee abzugeben. Dieses als „Wolkenimpfen“ bekannte Verfahren wird eingesetzt, um Hagelschäden zu verhindern oder Dürren zu mildern. Es beruht meist darauf, dass kleine Silberiodid-Partikel mit Flugzeugen in Wolken gesprüht werden. Diese Partikel wirken als eine Art Keime, an denen sich Wassermoleküle anlagern. So entstehen kleinste Schneeflocken, die dann wachsen, bis sie schwer genug sind, um als Regen oder Schnee zu Boden zu fallen.
Die Oberflächenstruktur als Schlüssel zur Eisbildung
Aktuell ist es nun Forschenden der TU Wien erstmals gelungen, diesen Prozess auf atomarer Ebene zu erklären und nachzubilden. Mit hochauflösender Mikroskopie und Computersimulationen wurde untersucht, wie Silberiodid auf atomarer Ebene mit Wasser wechselwirkt. Die Ergebnisse zeigen, dass Silberiodid zwei sehr unterschiedliche Oberflächen ausbildet, doch nur eine davon begünstigt die Eisbildung. Diese Entdeckung vertieft das Verständnis darüber, wie Wolken Regen und Schnee erzeugen, und könnte bei der Entwicklung neuer Materialien zur Niederschlagserzeugung helfen.
“Silberiodid bildet hexagonale Strukturen mit derselben sechskantigen Symmetrie, die man auch von Schneeflocken kennt“, erklärt Jan Balajka vom Institut für Angewandte Physik der TU Wien. „Auch die Abstände zwischen den Atomen ähneln jenen in Eiskristallen. Lange Zeit nahm man an, dass diese Ähnlichkeit der Struktur erklärt, warum Silberiodid ein so effizienter Kristallisationskeim für Eis ist. Eine genauere Untersuchung zeigt jedoch, dass der Mechanismus weitaus komplexer ist“, so Balajka.
Genaue Modellierung der Grenzfläche zwischen Silberiodid und Wasser
“Nur die Silber-terminierte Oberfläche trägt zur Keimbildung bei. Die Fähigkeit von Silberiodid, in Wolken Eisbildung auszulösen, lässt sich also nicht allein durch die Struktur im Inneren des Kristalls erklären“, erläutert Balajka. „Entscheidend ist die atomare Anordnung an der Oberfläche – ein Effekt, der bislang völlig übersehen wurde“, betont der TU-Experte.
“Durch die genaue Modellierung der Grenzfläche zwischen Silberiodid und Wasser konnten wir beobachten, wie sich die ersten Wassermoleküle auf der Oberfläche anordnen, um eine Eisschicht zu bilden“, erklärt Andrea Conti, ebenso vom Forschungsteam. „Eiskeimbildung ist ein Phänomen von zentraler Bedeutung für die Atmosphärenphysik und ein Verständnis auf atomarer Ebene ist essentiell, um herauszufinden, ob andere Materialien als effektive Keimbildner geeignet sein könnten“, ergänzt Ulrike Diebold, Leiterin der Gruppe für Oberflächenphysik an der TU Wien. (red/rucz)