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Bleichmittel in der isländischen Vulkanwolke

27.05.2011
Chlor in der Aschewolke des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull entfernt Spurengase aus der Atmosphäre

Gut ein Jahr nachdem der isländische Vulkan Eyjafjallajökull fast den ganzen europäischen Flugverkehr lahmlegte, sorgt seine Aschewolke für eine interessante Entdeckung: Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie haben festgestellt, dass die Aschewolke des Vulkans neben dem bekannten Vulkangas Schwefeldioxid auch freie Chlorradikale enthielt. Chlorradikale sind äußerst reaktiv und verändern schon in kleinsten Mengen die chemischen Prozesse in der Atmosphäre. Mit Hilfe von Luftproben aus der Vulkanwolke konnte nun erstmals die Konzentration der Chlorradikale in der Aschewolke errechnet werden. Die Ergebnisse wurden jetzt im Journal „Geophysical Research Letters“ veröffentlicht.

Obwohl seit Jahren bekannt ist, dass Vulkanausbrüche große Mengen an Chlorverbindungen freisetzen, blieb der Beweis für die Bildung von höchstreaktiven Chlor-Radikalen aber aus. Das änderte sich, nachdem Forscher Luftproben, die auf Flügen durch die Aschewolke des Vulkans Eyjafjallajökull gesammelt wurden, analysierten. Im letzten Frühjahr war der Mainzer Messcontainer CARIBIC bei drei Sonderflügen der Lufthansa mit an Bord und nahm Luftproben in der Vulkanwolke. Zurück in Mainz wurde die Luft dann unter anderem auf ihren Gehalt an Kohlenwasserstoffen untersucht.

„Jeder Vulkan hat seinen eigenen Charakter“, sagt Angela Baker, Erstautorin der jetzigen Studie. „Beim Eyjafjallajökull haben wir bis zu 70% weniger Kohlenwasserstoffe in der Wolke gefunden als außerhalb. Wissenschaftlich lässt sich das nur dadurch erklären, dass die Kohlenwasserstoffe sofort mit freien Chlorradikalen reagieren, was wir durch weitere Untersuchungen auch bestätigen konnten.“ Die Wissenschaftlerin errechnete hieraus eine Konzentration von bis zu 66.000 Chloratomen pro Kubikzentimeter Luft. Im Vergleich zu anderen Gasen ist diese Menge zwar gering, sie reicht aber aus, um die chemischen Prozesse der Atmosphäre deutlich zu beeinflussen. Denn unter normalen Bedingungen kommen diese höchstreaktiven Chloratome überhaupt nicht vor.

Kohlenwasserstoffe wie zum Beispiel Propan und Butan findet man sogar in sehr reinen und weit entfernten Regionen der unteren Erdatmosphäre. Normalerweise werden diese Gase jedoch nach und nach durch Hydroxylradikale abgebaut. Chlor hingegen baut die Kohlenwasserstoffe chemisch um ein Vielfaches schneller ab. Damit hinterlassen die chemischen Reaktionen mit Chlor einen charakteristischen „Fingerabdruck“ in der Luft, aus dem man die Konzentration der Chlorradikale ableiten kann. Die Max-Planck-Forscher rechnen damit, dass man zu ähnlichen Messergebnissen auch bei anderen Vulkanausbrüchen kommt, wie bei dem vor kurzem aktiven isländischen Vulkan Grimsvötn. Außerdem erwarten sie, dass sich ihre Analysemethode zum chemischen Verhalten der Chlorradikale weltweit durchsetzt.

Über den Messcontainer CARIBIC
CARIBIC ist ein einzigartiges Projekt, welches mittels eines Messcontainers weltweit hochgenaue, ausführliche Messungen in der Atmosphäre vornimmt. An dem in Deutschland entwickelten Projekt sind zehn Partner aus fünf europäischen Ländern beteiligt. Koordinator ist das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz. Das fliegende Labor reist einmal pro Monat auf vier Langstreckenflügen im Frachtraum des A340-600 „Leverkusen“ der Lufthansa mit.

Ein speziell angefertigtes Einlass-System am Flugzeugbauch leitet während des gesamten Fluges Luft- und Teilchenproben an die Instrumente im Inneren des Containers weiter. Der Container flog im Rahmen von drei Sonderflügen durch die Eyjafjalljökull-Aschewolke mit, die beim Ausbruch des isländischen Vulkans im April und Mai 2010 entstand.

Die Geräte im Container messen über 50 Spurengase, wie Treibhausgase, FCKWs, Wasserdampf und Schwebeteilchen in der Atmosphäre. Die detaillierten Daten helfen herauszufinden, wo die Quellen von Verunreinigungen liegen, wie Luftverschmutzung transportiert wird, und wie sich die Atmosphäre selbst reinigt. So ergibt sich durch Nutzung von Verkehrsflugzeugen zu vergleichsweise geringen Kosten auf Dauer ein genaues Abbild der Atmosphäre und der in ihr ablaufenden Prozesse. Gefördert wird das Projekt u.a. von der Lufthansa und seit 2009 auch von der Fraport AG in Frankfurt.

Weitere Informationen zum Messcontainer unter http://www.caribic.de

Über das Max-Planck-Institut für Chemie
Am Max-Planck-Institut für Chemie (260 Mitarbeiter) werden die Erde und ihre Atmosphäre in unterschiedlichen Größenbereichen, vom Nanopartikel bis zum Planeten und von der Ökosystemdynamik bis zum globalen Klimawandel erforscht. Drei Abteilungen untersuchen das Erdsystem in Feldstudien, unter Laborbedingungen und mit Hilfe von computergestützten Modellsystemen. Somit trägt das Institut zum grundlegenden Verständnis der natürlichen Ressourcen der Erde bei und liefert notwendige Methoden für deren nachhaltige Nutzung und den Schutz der Umwelt. Mit einer International Research School und einem E-Learning Programm beteiligt sich das Institut auch aktiv an der Wissenschafts¬ausbildung. Das Max-Planck-Institut für Chemie beteiligt sich aktiv am Veranstaltungsprogramm 2011 zur Stadt der Wissenschaft in Mainz. Im nächsten Jahr feiert das Institut sein 100-jähriges Bestehen.

Weitere Informationen: http://www.mpic.de

Originalveröffentlichung:
Angela K. Baker, Armin Rauthe-Schöch, Tanja J. Schuck, Carl A. M. Brenninkmeijer, Peter F. J. van Velthoven, Adam Wisher, David E. Oram
Investigation of chlorine radical chemistry in the Eyjafjallajökull volcanic plume using observed depletions in non-methane hydrocarbons

Geophysical Research Letters, in press, 2011

Kontakt:
Dr. Angela K. Baker
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz
Tel.: +49 6131-305 416
E-Mail: angela.baker@mpic.de
Dr. Carl A. M. Brenninkmeijer
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz
Tel.: +49 6131-305 305
E-Mail: carl.brenninkmeijer@mpic.de

Dr. Wolfgang Huisl | idw
Weitere Informationen:
http://www.caribic.de
http://www.mpic.de

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