Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Entstehung von Nano-Tröpfchen auf der Spur

24.02.2012
Aerosol-Wolken-Klima-Wechselwirkungen stellen einen großen Unsicherheitsfaktor in der Klimamodellierung dar.

Ein Hauptgrund dafür sind die bislang wenig verstandenen Mechanismen, die zur spontanen Entstehung von atmosphärischen Aerosolteilchen und Wolkentröpfchen führen. Einem ForscherInnenteam der Universität Wien ist es nun gelungen, mittels quantitativer Experimente Einblicke in die Phasenumwandlung an einzelnen Molekülen zu gewinnen. Die neuen Erkenntnisse darüber, ab welcher Teilchengröße Tröpfchen makroskopische Eigenschaften aufweisen, publizieren sie aktuell in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters".

Die Klimarelevanz von Aerosolen und Wolken im Allgemeinen, sowie deren überwiegend kühlende Wirkung im Speziellen sind wissenschaftlich unbestritten. "Für die Klimamodellierung sind sie jedoch nach wie vor ein großer Unsicherheitsfaktor, weil die Entstehung atmosphärischer Aerosolteilchen noch weitgehend ungeklärt ist", sagt der Meteorologe Paul Winkler, Erstautor der soeben erschienenen Studie. Winkler studierte und forschte an der Universität Wien und ist derzeit am National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado (USA) beschäftigt. An der Forschung beteiligt waren WissenschafterInnen der Universität Wien und Helsinki.

Prozess der Tröpfchenbildung analysiert

Wolkentropfen bilden sich typischerweise, wenn Aerosolpartikel als Kondensationskerne wirken und dann durch Kondensation zu Größen anwachsen, wo sie sichtbar werden und atmosphärische Eigenschaften wie etwa den Strahlungstransport beeinflussen. Die tatsächlichen Strahlungseigenschaften einer Wolke hängen dabei stark von der Teilchengröße und -dichte ab und stehen somit in direktem Zusammenhang mit dem Angebot an vorhandenen Kondensationskernen. Eine Hauptquelle dieser Wolkenkondensationskerne stellen Nanopartikel dar, die durch Nukleation (Keimbildung) in der Atmosphäre spontan aus der Gasphase gebildet werden. Im Lauf von mehreren Stunden bis zu einem Tag wachsen sie durch Anlagerung organischer Spurengase zu Größen im Bereich von ca. 100 nm an, wo sie schließlich zu einem Wolkentropfen aktiviert werden können.

Thermodynamische Modelle ermöglichen Vorhersage

Die Experimente in dieser Studie erklären erstmals quantitativ, wie einzelne Moleküle mit einer Größe von nur 1 nm als Kondensationskerne durch Nukleation aktiviert werden können, wodurch diese Moleküle sichtbar und somit detektierbar – also wahrnehmbar – werden. In den ersten Phasen dieses Prozesses bildet sich ein Cluster durch Nukleation an der Oberfläche des Kondensationskern-Moleküls. Wenn dieser Cluster eine kritische Größe erreicht hat, akkumulieren Gasmoleküle durch Kondensation und es bildet sich ein größerer flüssiger Tropfen.

Die Experimente zeigen, dass der neugebildete Cluster makroskopische Eigenschaften besitzt, auch wenn er aus nur ca. 50 Molekülen besteht. Dies entspricht einem kritischen Clusterdurchmesser von ca. 2.5 nm. "Die neuen Resultate weisen darauf hin, dass makroskopische, thermodynamische Modelle geeignet sind, die Bedingungen präzise vorherzusagen, die die Entstehung dieser Cluster mit Größen von nur wenigen Nanometern ermöglichen,", resümiert Paul Wagner, stellvertretender Gruppensprecher der Aerosolphysik und Umweltphysik der Universität Wien und ebenfalls Autor der Studie.

Technische Meisterleistung: Aerosolpartikel von 1nm gemessen

Neben diesen grundlegenden Erkenntnissen sind die Ergebnisse auch von großer technischer Bedeutung. Zur Untersuchung atmosphärischer Aerosolkonzentrationen sind Kondensationskernzähler weltweit verbreitet. "Bis vor kurzem ist man davon ausgegangen, dass Aerosolpartikel mit Durchmessern unter 3nm mit Kondensationskernzählern prinzipiell nicht beobachtbar sind. Die neue Studie zeigt erstmals auf, dass Kondensationskernzähler auch Nanoteilchen mit wesentlich kleineren Durchmessern detektieren können und daher auch experimentelle Untersuchungen in dem für die Entstehung atmosphärischer Aerosole entscheidenden Größenbereich um 1nm erlauben", fasst der Aerosolphysiker Paul Wagner die technische Neuerung zusammen.

Publikation
Physical Review Letters: Quantitative characterization of critical nanoclusters nucleated on large single molecules. P.M. Winkler, A. Vrtala, G. Steiner, D. Wimmer, H. Vehkamaeki, K.E.J. Lehtinen, G.P. Reischl, M. Kulmala, P.E. Wagner. 24. February 2012, (Vol.108, No.8). DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.085701
Wissenschaftliche Kontakte
Ao. Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. Paul Wagner
stv. Gruppensprecher der Aerosolphysik und Umweltphysik
Universität Wien
1090 Wien, Boltzmanngasse 5
T +43-1-4277-511 74
M +43-664-602 77-511 74
paul.wagner@univie.ac.at
Dr. Paul Winkler
National Center for Atmospheric Research
Boulder, Colorado, USA
T +1-303-497-1461
pwinkler@ucar.edu
Rückfragehinweis
Mag. Veronika Schallhart
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Wien
T +43-1-4277-175 30
M +43-664-602 77-175 30
veronika.schallhart@univie.ac.at

Veronika Schallhart | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.108.085701

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Stärkere Belege für Abschwächung des Golfstromsystems
12.04.2018 | Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

nachricht Waldbrände in Kanada sorgen für stärkste jemals gemessene Trübung der Stratosphäre über Europa
12.04.2018 | Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Im Focus: Basler Forschern gelingt die Züchtung von Knorpel aus Stammzellen

Aus Stammzellen aus dem Knochenmark von Erwachsenen lassen sich stabile Gelenkknorpel herstellen. Diese Zellen können so gesteuert werden, dass sie molekulare Prozesse der embryonalen Entwicklung des Knorpelgewebes durchlaufen, wie Forschende des Departements Biomedizin von Universität und Universitätsspital Basel im Fachmagazin PNAS berichten.

Bestimmte mesenchymale Stamm-/Stromazellen aus dem Knochenmark von Erwachsenen gelten als äusserst viel versprechend für die Regeneration von Skelettgewebe....

Im Focus: Basel researchers succeed in cultivating cartilage from stem cells

Stable joint cartilage can be produced from adult stem cells originating from bone marrow. This is made possible by inducing specific molecular processes occurring during embryonic cartilage formation, as researchers from the University and University Hospital of Basel report in the scientific journal PNAS.

Certain mesenchymal stem/stromal cells from the bone marrow of adults are considered extremely promising for skeletal tissue regeneration. These adult stem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Mai zum 7. Mal an der Hochschule Stralsund

12.04.2018 | Veranstaltungen

Materialien erlebbar machen - MatX 2018 - Internationale Konferenz für Materialinnovationen

12.04.2018 | Veranstaltungen

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

Laser erzeugt Magnet – und radiert ihn wieder aus

18.04.2018 | Physik Astronomie

Neue Technik macht Mikro-3D-Drucker präziser

18.04.2018 | Physik Astronomie

Intelligente Bauteile für das Stromnetz der Zukunft

18.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

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