Sekundäreisprozesse in Mischphasenwolken: Einsichten aus Laborexperimenten

Der größte Teil des Niederschlags in mittleren und hohen Breiten wird durch den Wegener- Bergeron- Findeisen Prozess über die Eisphase initiiert. Es ist seit langem bekannt, dass die Anzahl der für die heterogene Eisbildung in Wolken zur Verfügung stehenden heterogenen Eiskeime oft viele Größenordnungen unter den in Mischphasenwolken beobachteten Eiskonzentrationen liegt. Hierfür werden Sekundäreis- Prozesse verantwortlich gemacht, die unter Anwesenheit von primärem Eis zur Produktion weiterer Eisteilchen führen. Der wohl bekannteste Prozess dieser Art ist der Hallet-Mossop Prozess, das Absplittern von Eis bei der Bereifung von Graupeleis. Darüber hinaus werden weitere Prozesse in der Literatur diskutiert, die in jeweils verschiedenen Temperaturbereichen aktiv sein können. Eine quantitative Beschreibung dieser Prozesse die für eine physikalisch basierte Berücksichtigung in Wolkenmodellen nötig wäre, steht jedoch bislang aus. Wir berichten hier über Laborexperimente zum Gefrieren von Niesel- Tröpfchen. Dabei kann Sekundäreis durch das Zerplatzen der Tröpfchen, durch das Auftreten von Sprüngen in der sich bildenden Eisschale und durch das Platzen von Bläschen an der Tropfenoberfläche entstehen. Wir bilden diese Prozesse durch Hochgeschwindigkeits- Video und Thermographie- Aufnahmen ab und quantifizieren diese Sekundäreis-Prozesse in Abhängigkeit von Temperatur und Tröpfchengröße. Weiterhin stellen wir eine Methode zur berührungsfreien Messung des Drucks in gefrierenden Tröpfchen vor und zeigen, dass beim Gefrieren der Niesel-Tröpfchen Drücke von bis zu 150 bar auftreten können. Unter Berücksichtigung des duktil- spröde Überganges der Belastungskurven von Eis bei steigender Belastungsrate können die Beobachtungen erklärt werden.