Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Öl- und Gasfelder fördern ungewöhnliches Winter-Ozon

02.10.2014

Fracking und andere technische Fortschritte in der Öl- und Gaserschließung haben es in verschiedenen Gebieten der USA möglich gemacht, bislang nicht oder nicht rentabel nutzbare Öl- und Gasvorkommen zu erschließen. Ein internationales Forscherteam hat ein vermehrtes und ungewöhnliches Auftreten von Ozon-Grenzwertüberschreitungen in diesen Gebieten im Winter unter die Lupe genommen.

Das Streben nach Energie-Unabhängigkeit und die neuen technischen Möglichkeiten haben einen rasanten Anstieg der Öl- und Erdgasproduktion in den USA bewirkt. In manchen Produktionsgebieten scheint diese Entwicklung allerdings mit einer Verschlechterung der Luftqualität einherzugehen.


Im Feldlabor werden die Daten der Uintah Basin Winter Ozone Study im Jahr 2013 analysiert.

Foto: Steven Brown, NOAA ESRL

„Ozon ist eine spezielle Form molekularen Sauerstoffs, die sehr reaktionsfreudig ist und oxidierend wirkt. Während Ozon in hohen Luftschichten als bekannte Ozonschicht einen unersetzlichen Schutzmantel gegen schädliche UV-Strahlung darstellt, ist dasselbe Molekül in Bodennähe, in zu hoher Konzentration, als Luftschadstoff zu sehen“, erklärt Martin Graus vom Institut für Meteorologie und Geophysik an der Universität Innsbruck, der seine Expertise in die Studie miteingebracht hat.

Bodennahes Ozon wird nicht direkt emittiert, sondern entsteht photochemisch in der Luft aus Stickoxiden und einer Vielzahl flüchtiger organischer Verbindungen, kurz VOC (volatile organic compounds) genannt. Wesentliche Faktoren, die diesen Vorgang beeinflussen, sind die Sonneneinstrahlung, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit.

Wie Graus erklärt, sei das Ozon, das im Sommer als Hauptbestandteil von Smog bekannt ist, bereits gut untersucht und würde von den Behörden routinemäßig überwacht. Ungewöhnlich ist allerdings das Entstehen von überhöhtem Ozon im Winter, das von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Öl- und Gasfeldern im Westen der USA gemessen wurde.

„Ozonbelastung im Winter ist eine überraschende Erscheinung, weil normalerweise hohe Sonnenintensität, wie sie im Sommer herrscht, nötig ist, um die ozonbildenden chemischen Reaktionen in Gang zu setzen“, erklärt Peter Edwards von der University of York, England. Er ist einer der Hauptautoren der Studie. Aufgrund dieses Phänomens wurden Untersuchungen im Uintah-Becken in Utah durchgeführt.

Winter-Ozon im Fokus

Unter der Leitung von James Roberts von NOAA ESRL (National Oceanic and Atmospheric Administration), einer US-Regierungsabteilung, die in Boulder eine Forschungseinrichtung der Atmosphärenwissenschaften betreibt, und unter Mitwirkung von zahlreichen US Forschungseinrichtungen, dem Staat Utah und der Industrie wurde die Studie durchgeführt.

Dr. Martin Graus war damals Angehöriger des CIRES-Instituts der University of Colorado Boulder und Teil des Forscherteams und erklärt den aufwändigen experimentellen Ansatz: „Die Aufgabe bestand darin, in den Wintermonaten von 2012 bis 2014 die wesentlichen Ozon-Vorläuferstoffe und chemischen Zwischenprodukte in dieser entlegenen Gegend mit einer Vielzahl von komplexen wissenschaftlichen Messgeräten zu identifizieren und quantitative Zeitreihen zu erstellen.“

Prozessbedingt und aufgrund von Lecks ist die Emission von VOCs in den Öl- und Gasfeldern sehr hoch. Zusätzlich werden Stickoxide von LKWs, Dieselaggregaten, Kompressoren, Förderpumpen und anderem technischem Gerät emittiert. Eine durchgängige Schneedecke im Uintah-Becken im Winter bedingt die Ausbildung einer sehr starken und niedrigen Inversionsschicht, die die Verdünnung und den Abtransport der Emissionen unterbindet und so zu einer Akkumulation der Ozon-Vorläuferstoffe führt.

„Unter bestimmten Winterbedingungen kann dies zu extrem hoher Ozonbelastung führen”, so Edwards. Weiters erhöht die reflektierende Schneeoberfläche die für die Photochemie zur Verfügung stehende Lichtintensität. „Die hoch detaillierten chemischen Zeitreihen dienen neben meteorologischen Daten als Eingabeparameter für ein atmosphärenchemisches Model, das mehr als zehntausend Reaktionen berücksichtigt. Aufgrund der breiten Abdeckung der chemischen Eingabeparameter reproduziert das Modell die tatsächlich gemessenen Ozonkonzentrationen und lässt so stichhaltige Schlüsse auf die involvierten Mechanismen zu“, so Graus.

Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Entstehung von Ozon im Winter gänzlich von den Vorgängen im Sommer abweicht. „Unter den winterlichen Bedingungen bilden sich aus den hoch konzentrierten VOCs im Uintah-Becken ausreichend Carbonyle, die dann die Ozonproduktion in Gang setzen“, erklärt Steven Brown von NOAA in Boulder. Somit können auch bei niedrigem Sonnenstand und trockener Luft die in der Inversionsschicht angesammelten VOCs bei moderaten Stickoxid-Konzentrationen zu drastischen Ozon-Grenzwertüberschreitungen führen.

Der Modellansatz, bei dem Edwards, Brown und Roberts federführend waren, erlaubt, vorab verschiedene Emissionsszenarien dahingehend zu testen, mit welcher Ozonbelastung zu rechnen ist. Dieses wissenschaftliche Verständnis soll die Basis bilden, zu entscheiden, welche Maßnahmen von der Regierung und der Industrie getroffen werden können, um das bodennahe Ozon im Winter zu reduzieren.

Joost de Gouw, Mitautor und VOC Experte bei CIRES und den NOAA-Laboratorien kommentiert: „Staatliche und regionale Luftreinhaltungsbehörden, die sich mit solchen Ozonepisoden konfrontiert sehen, können unsere Ergebnisse heranziehen, um entsprechende Maßnahmen zu entwickeln, und die Resultate können der Industrie helfen, die Luftgütestandards in diesen Gebieten einzuhalten.“

Publikation: Winter Photochemistry Underlying High Ozone in an Oil and Gas Producing Region. Peter M. Edwards, Steven S. Brown, et.al. Nature Advance Online Publication, am 01.10.2014
DOI: 10.1038/nature13767

Rückfragehinweis

Dr. Martin Graus
Institut für Meteorologie und Geophysik
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 5494
E-Mail: martin.graus@uibk.ac.at

Dr. Carsten Warneke
Chemical Sciences Division
NOAA Earth System Research Laboratories & CIRES – Colorado University in Boulder
Telefon: +1 303 497 3601
E-Mail: carsten.warneke@noaa.gov

Daniela Pümpel MA
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 32020
E-Mail: daniela.puempel@uibk.ac.at

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1038/nature13767 - Winter Photochemistry Underlying High Ozone in an Oil and Gas Producing Region. Peter M. Edwards, Steven S. Brown, et.al. Nature Advance Online Publication, am 01.10.2014
http://www.uibk.ac.at/meteo - Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Innsbruck

Daniela Pümpel | Universität Innsbruck

Weitere Berichte zu: Boulder Geophysik Inversionsschicht Meteorologie NOAA Nature Ozon Ozonbelastung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Neue Erkenntnisse zum Meeresspiegel-Anstieg
26.05.2017 | Universität Siegen

nachricht Polarstern ab heute unterwegs nach Spitzbergen, um Rolle der Wolken bei Erwärmung der Arktis zu untersuchen
24.05.2017 | Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. (TROPOS)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

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....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

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

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften