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 Rettender Ritter in goldener Rüstung
22.02.2018 | Exzellenzcluster Entzündungsforschung

nachricht Schwarzen Hautkrebs in den Tiefschlaf versetzen
22.02.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

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

Geheimtinte: Von antiken Rezepturen bis zu High-Tech-Varianten

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neuer Sensor zur Messung der Luftströmung in Kühllagern von Obst und Gemüse

22.02.2018 | Energie und Elektrotechnik

Neues Prinzip der Proteinbindung entdeckt

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

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