Fortschritte im Verständnis der Eisbildung auf Wolken
Ein gemeinsames Forschungsteam der Universitäten Bielefeld, Wien und Helsinki hat auf molekularer Ebene untersucht, weshalb das Mineral Mikroklin besonders effektiv zur Eisbildung beiträgt. Die Ergebnisse, veröffentlicht in einer renommierten Fachzeitschrift, bieten neue Erkenntnisse zu atmosphärischen Prozessen, die global Niederschlag und Klima beeinflussen. Ein ergänzender Film der Universität Bielefeld veranschaulicht die wissenschaftlichen Erkenntnisse.
Rolle von Staubpartikeln bei der Wolkenvereisung
Wasser in der Atmosphäre ist selten rein, vielmehr dienen winzige Staubpartikel als Kristallisationskeime, an denen sich Eiskristalle bilden. Dieser Vorgang bestimmt maßgeblich, wann Wolken gefrieren, wie viel Niederschlag entsteht und wie Wolken Sonnenlicht reflektieren, was wiederum klimatische Auswirkungen hat.
Atomare Oberflächenstruktur beeinflusst Eisbildung
Dr. Florian Schneider von der Universität Bielefeld, Erstautor der Studie, erklärt, dass Mikroklin bereits an atomar glatten Oberflächen Eis effektiver bildet als verwandte Minerale. Die Forschung zeigt erstmals, dass die außergewöhnliche Eisbildungsfähigkeit von Feldspat-Mineralien von deren atomarer Struktur abhängt.
Frühere Annahmen gingen davon aus, dass Eisbildung vor allem an seltenen Rissen oder Kanten der Mineralien erfolgt. Die aktuellen Experimente belegen jedoch, dass neben diesen Stellen auch die chemische Zusammensetzung der Oberfläche entscheidend ist. Spezifische chemische Gruppen, sogenannte Aluminolgruppen, binden Wassermoleküle besonders stabil und fördern so die Entstehung erster Eiskristalle.
Unerwartete Kristallflächen als Ausgangspunkt
Dr. Tobias Dickbreder von der Universität Wien, Letztautor der Studie, weist darauf hin, dass die stabilste Oberfläche von Mikroklin nicht optimal zur typischen Struktur von Eis passt. Die Eiskristalle wachsen daher auf einer weniger konventionellen, sogenannten hochindizierten Kristallfläche. Dieses Ergebnis eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis heterogener Eisbildung.
Methodik und Bedeutung der Ergebnisse
- Hochauflösende Rasterkraftmikroskopie ermöglichte die direkte Sichtbarmachung winziger Eiscluster.
- Die Kombination mit Computersimulationen lieferte detaillierte Einblicke in die molekularen Mechanismen.
- Die Erkenntnisse bilden eine wichtige Grundlage zur Verbesserung von Klimamodellen und zum besseren Verständnis von Wolkenprozessen.
Ein begleitender Film bietet zusätzliche Einblicke in die experimentellen Abläufe und die molekularen Aufnahmen.
Strategischer Forschungsfokus an der Universität Bielefeld
Die Untersuchung der Eisbildung auf Mineraloberflächen ist Teil des strategischen Schwerpunktbereichs „Architektur der Natur: Elementare Bausteine und Entstehung neuer Strukturen“ (ANBauEn) an der Universität Bielefeld.
Expertenmeinung
Professorin Dr. Angelika Kühnle von der Universität Bielefeld betont den methodischen Fortschritt: „Die direkte Beobachtung des Wachstums erster Eiskristalle stellt einen bedeutenden Durchbruch dar. Unsere Ergebnisse verdeutlichen, wie kleinste Strukturen auf Mineraloberflächen großräumige atmosphärische Prozesse beeinflussen können.“
Kontaktinformationen der wissenschaftlichen Ansprechpartner
Dr. Florian Schneider
Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie
Telefon: +49 521 106-2199
E-Mail: fschneider8@uni-bielefeld.de
Prof. Dr. Angelika Kühnle
Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie
Telefon: +49 521 106-2045
E-Mail: angelika.kuehnle@uni-bielefeld.de
Originalpublikation
Florian Schneider, Rasmus Väinö Erik Nilsson, Ralf Bechstein, Hans-Georg Stammler, Bernhard Reischl, Thomas Koop, Angelika Kühnle, Tobias Dickbreder: Ice nucleation on microcline (001) in the absence of active sites. Nature Communications, https://www.nature.com/articles/s41467-026-76548-7, veröffentlicht am 25. August 2026.
Weiterführende Informationen
- Arbeitsgruppe Physikalische Chemie I, Universität Bielefeld
- research_tv der Universität Bielefeld
- Strategischer Fokusbereich ANBauEn
Ein Film aus der Reihe research_tv illustriert die experimentellen Ergebnisse:
Bildmaterial
Quelle: Universität Bielefeld / Magnus Krenz
Quelle: Florian Schneider, Universität Bielefeld
