Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues aus der Smogkammer: Mechanismen der Partikelbildung in der Atmosphäre entschlüsselt

19.01.2010
Die Nukleation oder Neubildung von Partikeln in der Atmosphäre war bisher ein grosses Rätsel. Die Forschung ging bis vor kurzem davon aus, dass Schwefelsäure die zentrale Rolle für die Partikelbildung hat.

Nur lieferten die Untersuchungen im Feld und im Labor bisher stets widersprüchliche Resultate: Im Labor waren wesentlich höhere Schwefelsäure-Konzentrationen notwendig als im Feld, damit eine Nukleation ablief.

Nun haben die Forscher am Paul Scherrer Institut PSI in ihrer Smogkammer den Grund für diesen Widerspruch gefunden. Das wird die Klimaforschung einen entscheidenden Schritt weiterbringen.

Wolken haben entscheidenden Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Erde und somit auch auf die Temperatur der Luft. Je dichter die Wolkendecke ist, desto besser kann sie verhindern, dass die auf der Erde vorhandene Wärme ins All entweicht. Andererseits verhindert die Wolkendecke aber auch das Vordringen der Wärme aus der Sonnenstrahlung auf die Erde. Je feiner die Wassertröpfchen sind, aus denen die Wolken bestehen, desto stärker abkühlend wirken diese auf das Klima, da sie das Sonnenlicht stärker zurück ins All reflektieren. Die Grösse dieser Tröpfchen wird wesentlich bestimmt durch die Anzahl bestimmter Partikel in der Atmosphäre, an denen sie sich bilden können. Je zahlreicher die Partikel sind, desto feiner sind die Wolkentröpfchen. Die Anzahl der Wolkentröpfchen-fähigen Partikel ist deshalb wichtig für die Klimaforschung.

Aber woher kommen überhaupt diese Partikel? Manche steigen von der Erde direkt in die Atmosphäre auf, etwa Pollen, Rückstände aus unvollständiger Verbrennung oder Seesalz aus der Gischt. Viele Partikel werden aber überhaupt erst in der Atmosphäre gebildet, was als Nukleation oder Neubildung von Partikeln bezeichnet wird. Wie das geschieht konnte man bisher nicht vollkommen klären. Man ging davon aus, dass Schwefelsäure die zentrale Rolle bei der Partikelbildung spielt. Nur lieferten die Untersuchungen im Feld und im Labor bisher stets vollkommen unterschiedliche Resultate: Im Labor waren wesentlich höhere Schwefelsäure-Konzentrationen notwendig als im Feld, damit eine Nukleation ablief.

Mechanismus der Partikelbildung enträtselt

Nun ist es Forschenden am Paul Scherrer Institut gelungen, den Mechanismus zu klären. In der sogenannten Smogkammer, in der Vorgänge in der Atmosphäre simuliert werden können, wurden Versuche mit Schwefeldioxid (SO2) und einem organischen Gas (Trimethylbenzol, TMB) durchgeführt. Unter Sonnenlicht entstand aus dem SO2 Schwefelsäure, das TMB oxidierte zu Verbindungen, die weniger flüchtig sind als das TMB selbst. Und siehe da: Kommen diese Oxidationsprodukte zusammen, erfolgt die Nukleation schon bei einer Schwefelsäure-Konzentration, die wesentlich geringer ist als wenn man Versuche mit Schwefelsäure allein durchführt. Der Konzentrationsbereich entspricht nun dem, den man in der Atmosphäre bei natürlichen Nukleationen vorfindet.

So konnte nachgewiesen werden, dass entgegen der bisherigen Meinung nicht zwei Schwefelsäure-Moleküle für die Nukleation zuständig sind, sondern die Kombination eines Schwefelsäure-Moleküls mit einem organischen Molekül. Um welches organische Molekül es sich genau handelt, wissen die Wissenschaftler noch nicht, da es heute noch keine analytische Methode für den Nachweis gibt. Sie können aber dessen Konzentration aus dem Abbau des TMB, das der Vorläufer dieses organischen Moleküls ist, abschätzen.

Globales Simulationsmodell bestätigt Ergebnisse

Um diese Hypothese zu erhärten, hat die Universität Leeds den am PSI gefundenen Mechanismus in ihr Modell GLOMAP (Globales Modell von Aerosol-Prozessen) eingebaut. Und die Vermutungen der PSI-Forscher wurden erfüllt. Als die PSI-Daten in das Simulationsmodell einbezogen wurden, konnte der tatsächlich im Feld gemessene Verlauf der Konzentration von Partikeln mit zunehmender Höhe über dem Boden (Vertikalprofil) wesentlich realitätsgetreuer nachvollzogen werden als mit allen anderen bisher gängigen Ansätzen.

Die Ergebnisse werden in der Woche vom 18. Januar in der Online-Ausgabe der Zeitschrift der Amerikanischen Akademie der Wissenschaften (PNAS - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) veröffentlicht. Die Printausgabe des Magazins erscheint eine Woche später.

Über das PSI

Das Paul Scherrer Institut entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Festkörperforschung und Materialwissenschaften, Elementarteilchenphysik, Biologie und Medizin, Energie- und Umweltforschung. Mit 1300 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von rund 260 Mio. CHF ist es das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Urs Baltensperger, Leiter des Labors für Atmosphärenchemie, Paul Scherrer Institut, Villigen PSI, Schweiz
Telefon: +41 (0)56 310 24 08, E-Mail: urs.baltensperger@psi.ch [Deutsch, Englisch]
Dr. Josef Dommen,Leiter des Smogkammer-Projekts, Paul Scherrer Institut, Villigen PSI, Schweiz

Telefon +41 (0)56 310 2992, E-Mail: josef.dommen@psi.ch [Deutsch, Englisch]

Originalveröffentlichung:
Axel Metzger, Bart Verheggen, Josef Dommen, Jonathan Duplissy, Andre S. H. Prevot, Ernest Weingartner, Ilona Riipinen, Markku Kulmala, Dominick V. Spracklen, Kenneth S. Carslaw, and Urs Baltensperger;
"Evidence for the role of organics in aerosol particle formation under atmospheric conditions";

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107 (2010), www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0911330107

Dagmar Baroke | idw
Weitere Informationen:
http://www.psi.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Wasser - der heimliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs?
17.01.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

nachricht Was ist krebserregend am Erionit?
13.01.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

moove und Sony Lifelog machen mobil

17.01.2017 | Unternehmensmeldung

Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

17.01.2017 | Physik Astronomie

Wasser - der heimliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs?

17.01.2017 | Geowissenschaften