„Die Auszeichnung von Emma Järvinen ist ein starkes Zeichen für die internationale Sichtbarkeit und die wissenschaftliche Exzellenz der Bergischen Universität“, sagt Prof. Dr. Stefan Kirsch, Prorektor für Forschung und Digitales. Und Rektorin Prof. Dr. Birgitta Wolff ergänzt: „Die nun bereits fünfte ERC-Erfolgsmeldung innerhalb von einem Jahr für unsere Universität ist ein wunderbares Weihnachtsgeschenk. So darf es weitergehen.“

Im Zentrum von Järvinens Projekt steht eine der größten Herausforderungen der Klimaforschung: die präzise Bestimmung der Wirkung von Eiswolken auf das Erdklima. Diese so genannten Cirruswolken bestehen aus winzigen Eiskristallen und beeinflussen die Erdtemperatur auf komplexe Weise – sie können die Erde sowohl kühlen, indem sie Sonnenlicht zurück ins All streuen, als auch erwärmen, indem sie Wärmestrahlung zurückhalten. Welche Wirkung überwiegt, hängt von zahlreichen Faktoren ab, unter anderem von der Mikrostruktur der Eiskristalle selbst.

Innovativer Ansatz: Nano-Strukturen der Eiskristalle rücken in den Fokus

Erst jüngste Beobachtungen aus Labor, Flugzeugmessungen und Satelliten zeigen, dass nano- und mikroskopische Strukturen auf den Kristalloberflächen – etwa Rauigkeiten oder winzige Lufttaschen – einen entscheidenden Einfluss darauf haben, wie Eiskristalle Licht streuen. Diese Strukturen werden in heutigen numerischen Klimamodellen jedoch kaum berücksichtigt. Das führt zu deutlichen Diskrepanzen zwischen Modellrechnungen und realen Messungen.

Hier setzt CRYSTAL an: Zum ersten Mal wird ein in der technischen Optik etabliertes Verfahren zur Beschreibung von Oberflächenrauigkeit auf atmosphärische Eiskristalle übertragen. Järvinen kombiniert dazu modernste 3D-Nanodruckverfahren, mit denen realistische Eisoberflächen künstlich nachgebaut werden können, mit Messungen eines neu entwickelten Polarimeters (Anm. d. Red.: Ein Polarimeter ist ein Messgerät, das Polarisation von Licht misst. Das bedeutet: Es erkennt, in welche Richtung die Lichtwellen schwingen.), das an Bord von Forschungsflugzeugen direkt in Eiswolken misst. So entsteht ein physikalisch realistisches optisches Modell, das die Lichtstreuung von rauen Eiskristallen wesentlich genauer beschreibt als bisherige Ansätze.

Große Bedeutung für Klimaprognosen

Die Ergebnisse sind entscheidend für die nächste Generation von Erdbeobachtungssatelliten wie NASA PACE und EUMETSAT Metop-SG. Deren hochpräzise Instrumente benötigen zuverlässige optische Modelle der Eiskristalle, um wichtige Klima-Parameter – etwa Eiswassergehalt oder Partikelgröße – korrekt abzuleiten. CRYSTAL schließt hier eine bislang zentrale Wissenslücke.

Durch die neuen Modelle sollen Klimavorhersagen künftig zuverlässiger werden – ein wichtiger Schritt, um politische Entscheidungen und Anpassungsstrategien besser wissenschaftlich zu untermauern. Järvinens Forschung könnte darüber hinaus auch für mögliche Geoengineering-Ansätze relevant werden, die Eiswolken gezielt beeinflussen wollen.

„Dies ist das erste Mal, dass wir reale Eispartikel-Oberflächen mithilfe von 3D-Nanodruck replizieren. Die Kombination dieser Laborarbeit mit gezielten Messungen unter Einsatz innovativer Technologien auf einem Forschungsflugzeug bildet eine einzigartige Labor‑Feld‑Modell-Validierungskette“, erklärt Emma Järvinen. „Das Ziel ist, dass wir nach fünf Jahren mit hoher Zuversicht die optischen Eigenschaften von Eiskristallen in Klimamodelle einbringen und Satellitendaten zuverlässig interpretieren können.“