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 Forscher gehen Sumatra-Erdbeben auf den Grund
29.05.2017 | MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

nachricht Neue Erkenntnisse zum Meeresspiegel-Anstieg
26.05.2017 | Universität Siegen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligente Sensoren mit System

29.05.2017 | Messenachrichten

Geckos kommunizieren überraschend flexibel

29.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

1,5 Millionen Euro für vier neue „Innovative Training Networks” an der Universität Hamburg

29.05.2017 | Förderungen Preise