Bevor eine Wolke abregnet, muss sie Eiskristalle bilden. Dabei könnten ihr Bakterien helfen.
Dass es bei uns regnet oder schneit, ist gar nicht so selbstverständlich. Denn erst einmal muss sich das Wasser in den Wolken zu Tröpfchen zusammenfinden, und dann müssen die sich mit Eiskristallen zusammentun, die unabhängig von ihnen und auf ganz anderen Wegen gebildeten werden. "Wolkentröpfchen sind zunächst so klein, 10 bis 50 Mikrometer, dass sie - in unseren Breiten - einfach in der Luft schweben und in der Schwebe bleiben, sie regnen nicht von alleine ab", erklärt Hans Puxbaum (Analytische Chemie TU Wien): "In den warmen und feuchten Tropen ist das anders, da können Tröpfchen so groß werden, dass sie oszillieren und zusammenprallen, bis sie um drei Größenordnungen gewachsen sind - in den Millimeterbereich - und abregnen."
In jedem Fall, bei uns wie in den Tropen, braucht der Wasserdampf schon zur Tröpfchenbildung Hilfe, Wolkenkeime, an die er sich anlagert, das hat man in den 50er-Jahren bemerkt. Und weil damals schon die Schlote ordentlich rauchten, konzentrierte man sich auf deren Emissionen: In den Schwebstoffteilchen der Abgase sind viele - Sulfate, Nitrate -, die sich in Wasser lösen, es um sich herum anlagern. "Das sind ideale Keime, aber geregnet hat es schon, bevor die Menschen Abgase machten", erklärt Puxbaum: "Die Natur muss es auch alleine können." Sie kann es, auch sie emittiert viel, Kohlenwasserstoffe, aus denen wasserlösliche organische Partikel entstehen.
Um nachzusehen, wie viel Kohlenstoff in den Wolken heute aus der Natur kommt, ist Puxbaum mit seinen Mitarbeiterinnen Heidi Bauer und Anne Kasper-Giebl in den Frühjahren 1999 und 2000 im Rahmen eines FWF-Projekts mit großem Gerät auf die Rax gezogen, Proben von Wolkenwasser einholen. Darin fanden sich auch organische Komponenten, die keine Emissionen sind, sondern Leben: Bakterien und Pilzsporen.
"Diese Bakterien haben wir angezüchtet und in einen Wolkenkondensationszähler gebracht", berichtet Bauer: "Das ist ein von unseren Kolleginnen an der Experimentalphysik entwickeltes Gerät, mit dem man untersuchen kann, wann Tröpfchen wachsen - und ob getestete Substanzen Keimbildner sind." Bakterien sind es, sie können es sogar besser als inerte Partikel gleicher Größe (Atmospheric Research, 64, S. 109). Irgendetwas müssen sie an ihrer Hülle haben, das die Tröpfchenbildung beschleunigt, vielleicht ionische Komponenten, die in Lösung gehen, oder organische Komponenten, die die Oberflächenspannung herabsetzen.
Bakterien können also Tröpfchen bilden, aber in den Wolken sind so wenige Bakterien - drei Größenordnungen weniger als Sulfate -, dass sie beim Tröpfchenbilden nicht ins Gewicht fallen. "Aber jetzt kommt Stufe zwei", führt Puxbaum weiter: "Die Tröpfchen sind ja zu klein zum Abregnen, dazu braucht es die Hilfe größerer Eiskristalle. Und zu deren Bildung würde die Zahl der Bakterien größenordnungsmäßig gerade reichen." Bei uns ist für die Eisbildung in vier bis fünf Kilometern Höhe, wo Wolken gerne wandern, gerade der rechte Ort. Dort herrscht (im Sommer) eine "magische Temperatur" - um die Minus 15 Grad -, bei der sich Wasserdampf um Eiskeime herum anlagert. Das ist ein völlig anderer Prozess als die Tröpfchenbildung, aber die beiden spielen zusammen. Oben in den Wolken, wo es kälter ist, wachsen die Eiskristalle zu einem, zwei Millimeter heran und werden immer dicker - "verreifen" -, bis sie endlich durch die Wolken hindurch rieseln. Dabei treffen sie auf Tröpfchen, inkorporieren sie und werden noch dicker, kleine Kugeln ("Graupel"). Ob der als Regen oder Schnee auf der Erde ankommt, hängt nur an der Jahreszeit.
"Bei uns ist die Eisphase das Bindeglied, mit dem sich der Regen bilden kann, und die Bakterien würden dafür reichen", schließt Puxbaum. Ob sie es auch tun und ob es einen Grund dafür gibt, darüber kann man die Fantasie schweifen lassen: In den warmen tropischen Meeren gibt es Bakterien, die Sulfate ausstoßen und damit Wolken bilden. Da auch die Bakterien selbst mit der Gischt in die Luft geraten, können sie mit den Wolken reisen und neue Regionen besiedeln, aber so weit werden sie nicht denken, das ist Spekulation, ebenso wie die Frage, ob es eine "Aerobiologie" gibt - ob Wolken eigenen Ökosysteme sind: Die Bakterien und Pilzsporen in den Wolken sind nicht tot, die Bakterien können sich in den Wolken sogar vermehren.
Sicher ist, dass die lebende Fracht hilft, Regionen neu zu besiedeln, die unter Lava geraten sind. Aber wo kommen die Passagiere überhaupt her, und wie weit können sie reisen? Ersteres weiß man nicht - vermutlich sind es aufgewirbelte Pflanzenbakterien -, letzteres kann man zumindest abschätzen, auch die Chemie hat ihre Abenteuer. "Im März sind meine Leute auf der Rax in einen polaren Schneesturm gekommen, der das Klo der Alpenvereinshütte, wo sie den Stützpunkt hatten, einfrieren ließ", berichtet Puxbaum: "Selbst in dieser Polarfront waren noch ein Prozent Bakterien-Sporen, die müssen von weit gekommen sein, man kann es aus der Windgeschwindigkeit und der bekannten Lebenszeit anderer Schwebstoffe in dieser Luftmasse überschlagen: 3000 Kilometer wären möglich."