Hat die Erde ein Problem mit der Staubbildung?
Die Schätzungen variieren, wie viel kosmischer Staub und Meteoriten jeden Tag in die Erdatmosphäre eindringen, reichen jedoch zwischen 5 und 300 Tonnen, wobei Schätzungen aus Satellitendaten und Extrapolationen von Meteoritenfällen stammen. Die Sache ist die, niemand weiß es wirklich genau und bisher gab es keine wirklich koordinierten Bemühungen, dies herauszufinden. Aber ein neuer Projektvorschlag namens Cosmic Dust in the Terrestrial Atmosphere (CODITA) würde genauere Schätzungen darüber liefern, wie viel Material auf die Erde trifft und wie es die Atmosphäre beeinflussen könnte.
„Wir haben ein Rätsel – Schätzungen darüber, wie viel Staub hereinkommt, variieren um den Faktor Hundert“, sagte John Plane von der University of Leeds in Großbritannien. „Das Ziel von CODITA ist es, diese riesige Diskrepanz aufzulösen.“
Obwohl wir den Weltraum für leer halten, würde die gesamte Materie zwischen Sonne und Jupiter zusammengedrückt einen Mond von 25 km Durchmesser bilden.
Wie viel von diesem Zeug – Überreste von der Entstehung der Planeten, Trümmer von Kometen und Asteroidenkollisionen usw. – trifft auf die Erde? Satellitenbeobachtungen deuten darauf hin, dass täglich 100-300 Tonnen kosmischer Staub in die Atmosphäre gelangen. Diese Zahl stammt aus der Akkumulationsrate in polaren Eisbohrkernen und Tiefseesedimenten von seltenen Elementen, die mit kosmischem Staub verbunden sind, wie Iridium und Osmium.
Aber andere Messungen – darunter Meteorradarbeobachtungen, Laserbeobachtungen und Messungen von Flugzeugen in großer Höhe – deuten darauf hin, dass der Input nur 5 Tonnen pro Tag betragen könnte.
Den Unterschied zu kennen könnte einen großen Einfluss auf unser Verständnis von Dingen wie Klimawandel und Nachtwolken sowie Ozon und Ozeanchemie haben.
„Bei einem Staubeintrag von etwa 200 Tonnen pro Tag werden die Partikel deutlich schneller durch die mittlere Atmosphäre transportiert als allgemein angenommen“, sagt Plane. „Wenn die 5-Tonnen-Zahl stimmt, müssen wir unser Verständnis davon, wie Staub im Sonnensystem entsteht und von der mittleren Atmosphäre an die Oberfläche transportiert wird, grundlegend überarbeiten.“
Wenn sich Staubpartikel der Erde nähern, treten sie mit sehr hohen Geschwindigkeiten in die Atmosphäre ein, von 38.000 bis 248.000 km/h, je nachdem, ob sie in die gleiche Richtung oder entgegen der Erdbewegung um die Sonne kreisen. Durch Kollisionen mit Luftmolekülen erhitzen sich die Partikel sehr schnell und erreichen Temperaturen von weit über 1.600 Grad Celsius. Partikel mit einem Durchmesser von mehr als etwa 2 Millimetern erzeugen sichtbare „Sternschnuppen“, aber der Großteil der in die Atmosphäre eintretenden Staubpartikel wird als viel kleiner eingeschätzt und kann daher nur mit speziellen Meteoritenradaren entdeckt werden.
Die durch verdunstende Staubpartikel in die Atmosphäre injizierten Metalle sind an einer Vielzahl von Phänomenen im Zusammenhang mit dem Klimawandel beteiligt.
„Kosmischer Staub wird mit der Bildung von ‚nachtleuchtenden‘ Wolken in Verbindung gebracht – den höchsten Wolken in der Erdatmosphäre. Die Staubpartikel bieten eine Oberfläche für die Bildung der Eiskristalle der Wolke. Diese Wolken entwickeln sich im Sommer in den Polarregionen und scheinen ein Indikator für den Klimawandel zu sein“, sagte Plane. „Die Metalle aus dem Staub beeinflussen auch die Ozonchemie in der Stratosphäre. Die vorhandene Staubmenge wird für alle Geo-Engineering-Initiativen wichtig sein, um die Sulfataerosole zu erhöhen, um die globale Erwärmung auszugleichen. Kosmischer Staub düngt den Ozean auch mit Eisen, was potenzielle Klimarückkopplungen hat, weil marines Phytoplankton klimabedingte Gase emittiert.“
Das CODITA-Team wird auch Laboreinrichtungen nutzen, um einige der am wenigsten verstandenen Aspekte des Problems anzugehen
„Im Labor werden wir die Natur der kosmischen Staubverdunstung sowie die Bildung von meteorischen Rauchpartikeln untersuchen, die bei der Eisnukleation und dem Einfrieren polarer Stratosphärenwolken eine Rolle spielen“, sagte Plane. „Die Ergebnisse werden in ein Chemie-Klima-Modell der gesamten Atmosphäre einfließen. Damit wird es erstmals möglich, die Auswirkungen von kosmischem Staub vom äußeren Sonnensystem bis zur Erdoberfläche durchgängig zu modellieren.“
CODITA hat vom Europäischen Forschungsrat einen Zuschuss in Höhe von 2,5 Millionen Euro erhalten, um den Staubeintrag in den nächsten 5 Jahren zu untersuchen. Das internationale Team unter der Leitung von Plane besteht aus über 20 Wissenschaftlern in Großbritannien, den USA und Deutschland. Plane präsentierte diese Woche auf dem National Astronomy Meeting in Großbritannien Informationen über das Projekt.
