Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weiteres Puzzlestück zur Wirkung von Wäldern auf das Klima gefunden

26.05.2015

Erstmals haben Forschende die globalen Auswirkungen von extrem schwer-flüchtigen Dämpfen auf die Wolkenbildung abgeschätzt. Neuesten Hochrechnungen zufolge produziert die Vegetation mehrere Millionen Tonnen pro Jahr an extrem schwer flüchtigen organischen Verbindungen (ELVOCs) und gibt diese an die Atmosphäre ab. Diese Oxidationsprodukte von Monoterpenen führen zu einem Anstieg von Wolkenkondensationskeimen über den Kontinenten und haben damit Einfluss auf die Wolkenbildung. Sie spielen deshalb vor allem in den großen Waldregionen der Erde wie der Taiga oder den Regenwäldern am Äquator eine wichtige Rolle für das Klima.

Zu diesem Ergebnis kommt eine gemeinsame internationale Studie des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) und der Universität Helsinki, die auf Laborexperimenten aus Leipzig beruht.


Boreale Wälder wie hier an der Messstation Hyytiäla der Universität Helsinki in Finnland spielen eine wichtige Rolle für das Klima.

Foto: Juho Aalto


Laminar-Strömungsrohr im Chemielabor des TROPOS.

Foto: Tilo Arnhold/ TROPOS

Die jetzt in den "Proceedings of the National Academy of Sciences“ der USA (PNAS Early Edition) veröffentlichten Ergebnisse zeigen erstmals für eine Reihe von natürlichen Verbindungen, die zusammen rund 70 Prozent der biologischen Kohlenwasserstoffemissionen ausmachen, wie viel an schwer-flüchtigen Dämpfen diese produzieren und wie sie das Klima über die Produktion von Aerosolpartikeln beeinflussen.

Aerosolpartikel reflektieren die Sonnenstrahlung und wirken als Kondensationskeime für Wolken. Sie beeinflussen so entscheidend die Wolkenbildung und damit Niederschläge, Temperatur und Klima insgesamt. Die winzigen Aerosolpartikel kommen beispielsweise als Staub, Pollen oder Seesalz direkt in die Atmosphäre oder können dort aus Vorläufergasen entstehen.

Diese Umwandlung von der gasförmigen in feste Stoffe ist ein komplizierter Prozess, an dem noch immer geforscht wird. Das betrifft auch die Rolle, die die Oxidation von flüchtigen organischen Verbindungen spielt, die von Pflanzen an die Atmosphäre abgegeben werden. Dazu gehören beispielsweise Limonen oder Alpha-Pinen, also der typische Duft von Zitrusfrüchten oder Nadelwäldern.

Diese Verbindungen werden zuerst von Pflanzen in die Atmosphäre abgegeben und dort dann von häufigen Oxidationsmitteln, Ozon oder OH-Radikalen oxidiert. Ob diese Reaktionen Dämpfe produzieren, die zu Molekülen oder kleinsten Partikeln kondensieren, kann die Aerosolbildung stark beeinflussen und steht damit im Zentrum der internationalen Forschung. So lange wie diese Prozesse nur unzureichend verstanden sind, ist es schwer selbst mit modernen Klimamodellen zuverlässige Aussagen zum künftigen Klima zu treffen.

Ein weiteres Stück im Klimapuzzle konnte jetzt ein internationales Team aus der Atmosphärenchemie und -physik mit Hilfe von Laborexperimenten und nachfolgenden, globalen Modellsimulationen lösen. Schlüssel dazu sind extrem schwer flüchtige organische Verbindungen - auf Englisch „extremely low-volatility organic compounds (ELVOCs)“ genannt.

Diese sind eine wichtige Quelle für das Partikelwachstum in Größen von etwa zwei bis einhundert Nanometern. Über diese schwerflüchtigen organischen Dämpfe wurde lange spekuliert, aber erst vor kurzem wurden diese Verbindungen durch Fortschritte in der Messtechnik nachweisbar.

Anfang 2014 wurde dieser Nachweis im Fachmagazin NATURE von einem internationalen Forscherteam unter Leitung der Universität Helsinki in Finnland und dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) mit Beteiligung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) veröffentlicht. Ende 2014 folgte die zweite Entdeckung des Leipzig-Helsinki-Teams, die den Mechanismus weitestgehend entschlüsseln konnten, der zur schnellen Bildung dieser organischen Verbindungen führt.

Im Fachmagazin „Angewandte Chemie“ berichten Tuija Jokinen und Kollegen, dass die sogenannte „Selbstoxidation“, die zum Beispiel Kunststoffe spröde oder Lebensmittel verderben lässt, auch in der Atmosphäre eine wichtige Rolle spielt. In den „Proceedings of the National Academy of Science“ (PNAS) hat das Team jetzt gezeigt wie verschiedene biologische Verbindungen ELVOCs produzieren und wie relevant diese Verbindungen für die Prozesse in der Atmosphäre sind. Erstmals konnten sie die globale Wirkung von ELVOCs bei der Wolkenbildung abschätzen.

Um die Bildung der extrem schwer flüchtige organischen Verbindungen (ELVOCs) zu untersuchen, hat das Team fünf häufige, biogene organische Verbindungen mit verschiedenen chemischen Strukturen untersucht, die alle mit Ozon und OH-Radikalen zu ELVOCs reagieren. Dabei fanden sie heraus, dass die ELVOCs-Bildung unerwartet schnell abläuft sowie, dass die chemische Struktur der Vorläufergase darüber entscheidet, wie effektiv die verschiedenen Bildungswege ablaufen.

„Die Struktur von biologischen Verbindungen, die in die Atmosphäre emittiert werden, kann beeinflussen wie diese zu Partikeln oxidiert werden“, fasst Erstautorin Tuija Jokinen von der Universität Helsinki zusammen, die diese Untersuchungen in Leipzig am TROPOS durchgeführt hatte. Bei den Experimenten wurden fünf biogene organische Gase (Limonen, α-Pinen, β-Pinen, Myrcen und Isopren) durch das Laminar-Strömungsrohr des TROPOS geleitet, mit Ozon und OH-Radikalen umgesetzt und anschließend die Produkte mittels CI-APi-TOF-Massenspektrometrie untersucht.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Ozonolyse von ringförmigen Monoterpenen, wie α-Pinen oder Limonen, sehr schnell und mit viel größerer Ausbeute zu ELVOCs führt, als dies über die „traditionellen“ Oxidationswege ausgehend von OH-Radikalreaktionen geschieht. β-Pinen, Myrcen und Isopren produzieren dagegen viel weniger von den ELVOCs, die eine wichtige biologische Quelle für die Bildung von Partikeln in der Atmosphäre sind“, unterstreicht Chemiker Dr. Torsten Berndt vom TROPOS, der an allen drei Veröffentlichungen aktiv beteiligt war.

Die Ergebnisse der Experimente wurden anschließend in ein globales Atmosphärenmodell eingebaut, um die Auswirkungen der ELVOCs auf die Partikelbildung in der Atmosphäre der Erde beurteilen zu können. Dazu nutzte das internationale Team ECHAM5-HAM, also ein Aerosol-Klima-Modell, das ursprünglich vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg entwickelt wurde. Nach Angaben der Forschenden ist das in der Studie erweiterte Modell das erste globale Aerosolmodell, das die Bildungsprozesse von Sekundären Organischen Aerosol (SOA) mit der ELVOCs-Produktion aus Experimenten verbindet.

„Die Ergebnisse zeigen, dass biologische Bildungsprozesse im Allgemeinen und die erst kürzlich nachgewiesene Gruppe der ELVOCs-Verbindungen im Besonderen eine äußerst wichtige Rolle für die Chemie der Atmosphäre spielen“, erklärt Prof. Hartmut Herrmann, der am TROPOS die Abteilung Chemie der Atmosphäre leitet. Die jetzt veröffentlichten Forschungsergebnisse sind also ein weiterer Beleg dafür, dass die Menschheit auch durch die Landnutzung die Atmosphäre und damit das Klima beeinflusst. Sie werden dabei helfen, die Klimamodelle zu verbessern, die bisher das Wachstum von Partikeln nicht zufriedenstellend beschreiben können.
Tilo Arnhold/ Tuija Jokinen

Publikation:
Tuija Jokinen, Torsten Berndt, Risto Makkonen, Veli-Matti Kerminen, Heikki Junninen, Pauli Paasonen, Frank Stratmann, Hartmut Herrmann, Alex B. Guenther, Douglas R. Worsnop, Markku Kulmala, Mikael Ehn, and Mikko Sipilä (2015): Production of extremely low-volatile organic compounds from biogenic emissions: measured yields and atmospheric implications. PNAS Early Edition, May 25, 2015.
http://www.pnas.org/content/early/recent

Die Untersuchungen wurden gefördert vom der Europäischen Kommission (EU-Projekte PEGASOS und BACCHUS), der Finnischen Akademie und dem Europäischen Forschungsrat ERC (ATMNUCLE).

Weitere Infos:
Dr. Torsten Berndt, Prof. Hartmut Herrmann, Dr. Frank Stratmann
Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS)
Tel. +49-341-2717-7032, -7024, -7142
http://www.tropos.de/institut/abteilungen/chemie-der-atmosphaere/
http://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/hartmut-herrmann/
http://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/frank-stratmann/
und
Tuija Jokinen, Dr. Mikko Sipilä, Dr. Mikael Ehn
Universität Helsinki
Tel. +358-294-151-698, +358504150877, -076
https://tuhat.halvi.helsinki.fi/portal/en/persons/tuija-jokinen%28d67c0c24-6d64-...
https://tuhat.halvi.helsinki.fi/portal/en/persons/mikko-sipila%283d9d40aa-7f99-4...
https://tuhat.halvi.helsinki.fi/portal/en/persons/mikael-kristian-ehn%280f9f7088...
oder
Tilo Arnhold, TROPOS-Öffentlichkeitsarbeit
Tel. +49-341-2717-7060
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/

Links:
Forschung zur Partikelneubildung (Nukleation) am TROPOS:
http://www.tropos.de/forschung/atmosphaerische-aerosole/prozessstudien-auf-klein...
Nukleationsrohr des TROPOS:
http://www.tropos.de/forschung/grossprojekte-infrastruktur-technologie/technolog...

bisherige Pressemitteilungen zum Thema:
Altbekannter Oxidationsmechanismus auch in der Atmosphäre aktiv – und das mit weitreichenden Folgen (Pressemitteilung vom 10.12.2014)
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/altbekannter-oxidation...
Neue Gasphasenverbindungen bilden organische Partikelbestandteile (Pressemitteilung vom 26.02.2014)
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/neue-gasphasenverbindu...
Pflanzen bremsen die Klimaerwärmung (Pressemitteilung vom 28.04.2013)
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/pflanzen-bremsen-die-k...
NATURE: Neues Oxidationsmittel der Atmosphäre entdeckt, das Luftschadstoffe abbaut (Pressemitteilung vom 08.08.2012)
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/nature-neues-oxidation...
Wolken verändern die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften von Partikeln (Pressemitteilung vom 02.08.2012)
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/wolken-veraenderen-die...

Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist Mitglied der Leibniz- Gemeinschaft, die 89 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Deren Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute bearbeiten gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevante Fragestellungen. Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Grundlagenforschung. Sie unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer in Richtung Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Leibniz-Institute pflegen intensive Kooperationen mit den Hochschulen u.a. in Form der WissenschaftsCampi , mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem maßstabsetzenden transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 18.100 Personen, darunter 9.200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Der Gesamtetat der Institute liegt bei 1,64 Milliarden Euro. http://www.leibniz-gemeinschaft.de

Weitere Informationen:

http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/

Tilo Arnhold | Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen
18.08.2017 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

nachricht Klimawandel: Bäume binden im Alter große Mengen Kohlenstoff
17.08.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie