Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Selbstverstärkender chemischer Mechanismus erklärt extremen Wintersmog in China

22.12.2016

Stickstoff- und Schwefeloxide reagieren an Aerosolpartikeln miteinander und können durch einen bisher unerkannten Mechanismus schnell zu hohen Feinstaubkonzentrationen führen.

In kalten Wintermonaten sind Peking und große Teile Chinas regelmäßig von anhaltendem Smog eingehüllt. Dieser Smog besteht aus feinen Aerosolpartikeln und bedroht die Gesundheit von etwa 400 Millionen Menschen.


In Peking ist der Wintersmog oft besonders extrem und raubt die Sicht auf die Stadt. Die hohen Feinstaubwerte entstehen durch einen bisher unbeachteten chemischen Mechanismus in Aerosolpartikeln.

Min Shao, College of Environmental Sciences and Engineer, Peking University

Im Jahr 2013 wurden in Peking Rekordwerte von Feinstaub mit hohem Sulfatanteil gemessen. Dessen Quelle war jedoch lange ein Rätsel, da die Sonneneinstrahlung, die üblicherweise für die photochemische Produktion von Sulfat verantwortlich ist, aufgrund der Dunstglocke schwach ist.

Ein internationales Team unter Leitung von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz konnte nun den Ursprung der hohen Sulfatanteile im Aerosolsmog aufdecken: Eine chemische Reaktion zwischen den Luftschadstoffen Stickstoffdioxid (NO₂) und Schwefeldioxid (SO₂) in wässrigen Aerosolpartikeln ermöglicht die schnelle Bildung und Ansammlung von Sulfat. Dieser Reaktionsweg ist unabhängig von Sonneneinstrahlung und photochemischen Reaktionen.

In der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift „Science Advances“ zeigen die Forscher, dass das Wasser der Aerosole als Reaktionsmedium wirkt, in dem alkalische Komponenten der Aerosole Schwefeldioxid (SO₂) aus der Luft aufnehmen. SO₂ wird dann durch NO₂ oxidiert und bildet Sulfat (SO₄²⁻).

Dieser Mechanismus verstärkt sich selbst, da mit der Sulfatbildung die Partikelmasse zunimmt, und die Aerosolpartikel dadurch mehr Wasser aufnehmen können. Dieses wiederum führt zu einer schnelleren Sulfatproduktion und insgesamt zu einer stärkeren Smogbildung, als man bisher erklären konnte.

Yafang Cheng, Gruppenleiterin am MPI für Chemie und ihre Kollegen führten eine genaue Analyse von Aerosolmessdaten aus dem Januar 2013 durch, als Peking besonders stark von Smog betroffen war. Das Ergebnis verblüffte die Wissenschaftler, denn die Sulfatproduktionsrate war in Zeiten des stärksten Smogs sechs Mal größer als in Zeiten niedrigen bis mäßigen Smogs. „Wir haben festgestellt, dass die Sulfatproduktion mit der Konzentration an feinen Aerosolpartikeln stark ansteigt“, erklärt die Erstautorin der Studie.

„Die von uns beobachtete, stark erhöhte Sulfatproduktion bei gleichzeitig geringer Sonneneinstrahlung wies auf die Existenz des bisher nicht beachteten Reaktionswegs im Aerosolwasser hin", erklärt Hang Su, ebenfalls Gruppenleiter am MPI für Chemie und kokorrespondierender Autor der Studie. „Die Reaktion von Stickstoff- und Schwefeloxiden im Aerosolwasser erklärt die fehlende Sulfatquelle im Wintersmog. Wasser ist eine Schlüsselkomponente atmosphärischer Aerosole, die eine breite Palette von Flüssigphasenreaktionen ermöglicht", fasst Hang Su zusammen.

Umfassende und strenge Emissionskontrollen von Stickstoff- und Schwefeloxiden seien erforderlich, um die Bildung von Wintersmog in Peking und Umgebung zu vermeiden, schlussfolgern Yafang Cheng und Hang Su. Die Wissenschaftler erwarten, dass ihre Erkenntnisse zur Entwicklung und Umsetzung von Strategien zur Luftreinhaltung und zur Reduktion der negativen Gesundheitseffekte von Smog in China beitragen werden.

Die globale Relevanz und Perspektive der bahnbrechenden Studie erläutert Ulrich Pöschl, Direktor am MPI für Chemie: „Die Ergebnisse zeigen, wie eng die Wechselwirkungen von Gasen, Flüssigkeiten und festen Substanzen in unserer Umwelt miteinander gekoppelt sind. Sie verdeutlichen auch, wie wichtig diese Prozesse für unser Verständnis von Klimawandel und Gesundheit im Anthropozän sind.“ Der Begriff Anthropozän bezeichnet das gegenwärtige Erdzeitalter, in dem die Umwelt global von menschlichen Einflüssen geprägt ist.

Originalpublikation:
“Reactive nitrogen chemistry in aerosol water as a source of sulfate during haze events in China”: Yafang Cheng, Guangjie Zheng, Chao Wei, Qing Mu, Bo Zheng, Zhibin Wang, Meng Gao, Qiang Zhang, Kebin He, Gregory Carmichael, Ulrich Pöschl, Hang Su
Science Advances, 21 Dec. 2016; DOI: 10.1126/sciadv.1601530

(Die Studie war im Dezember 2015 fertiggestellt und erstmals zur wissenschaftlichen Begutachtung und Veröffentlichung eingereicht worden.)

Kontakt:
Dr. Yafang Cheng
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz
Tel.: +49-6131-3057201
Email: yafang.cheng@mpic.de

Prof. Dr. Ulrich Pöschl
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz
Direktor Abteilung Multiphasenchemie
Phone: +49-6131-3057000
Email: u.poschl@mpic.de

Dr. Hang Su
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz
Tel.: +49-6131-3057301
Email: h.su@mpic.de

Weitere Informationen:

http://www.mpic.de/aktuelles/pressemeldungen/news/selbstverstaerkender-chemische...

Dr. Susanne Benner | Max-Planck-Institut für Chemie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Adenoviren binden gezielt an Strukturen auf Tumorzellen
23.04.2018 | Eberhard Karls Universität Tübingen

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Im Focus: Metalle verbinden ohne Schweißen

Kieler Prototyp für neue Verbindungstechnik wird auf Hannover Messe präsentiert

Schweißen ist noch immer die Standardtechnik, um Metalle miteinander zu verbinden. Doch das aufwändige Verfahren unter hohen Temperaturen ist nicht überall...

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Moleküle brillant beleuchtet

23.04.2018 | Physik Astronomie

Sauber und effizient - Fraunhofer ISE präsentiert Wasserstofftechnologien auf Hannover Messe

23.04.2018 | HANNOVER MESSE

Fraunhofer IMWS entwickelt biobasierte Faser-Kunststoff-Verbunde für Leichtbau-Anwendungen

23.04.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics