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Neues zum „Waschmittel der Atmosphäre“

21.07.2014

Die Selbstreinigungskräfte der Atmosphäre funktionieren auch dann höchst effizient, wenn die Luft mit Schadstoffen stark belastet ist. Das berichten Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Peking University jetzt in „Nature Geoscience“. Welche chemischen Prozesse dahinter stecken, sollen weitere Studien zeigen.

Entscheidend für die Waschkraft der Atmosphäre sind bestimmte Moleküle, die sogenannten OH-Radikale. Dieses „Waschmittel“ baut Schadstoffe wie etwa Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid ab. Bisher gingen die Forscher davon aus, dass für diese Selbstreinigung der Atmosphäre zwei Kreisläufe wesentlich sind: In einem ersten Kreislauf werden Schadstoffe abgebaut und die OH-Radikale recycelt. Dafür werden auch Stickoxide benötigt, die in einem zweiten Kreislauf recycelt werden. Dabei entsteht jedoch Ozon, ein Schadstoff. 

Dass dies offenbar nicht der einzige Weg ist, auf dem die Konzentration von OH-Radikalen hochgehalten werden kann, zeigten schon die Ergebnisse einer Messkampagne in China, die von derselben Autorengruppe im Jahr 2009 im renommierten Wissenschaftsmagazin „Science“ veröffentlicht wurde.

In der neuen Studie führen sie nun erstmals die Ergebnisse weiterer weltweiter OH-Messungen verschiedener Forschergruppen zusammen und vergleichen sie. Dabei ergibt sich für fast alle Messorte, dass die Waschkraft der Atmosphäre auch dann sehr hoch ist, wenn viele Kohlenwasserstoffe vorhanden sind, die OH-Radikale in dem Recycling-Prozess verbrauchen – gleichzeitig die Luft aber wenig Stickoxide enthält, die die Bildung von OH-Radikalen ankurbeln könnten. 

Besonders auffällig waren diese Zusammenhänge in der Atmosphäre über den Urwäldern am Amazonas oder in Borneo. In diesen Regionen ist die Konzentration von Stickoxiden in der Atmosphäre niedrig. Die Bäume geben jedoch große Mengen des Kohlenwasserstoffs Isopren in die Atmosphäre ab. Dieser reagiert sehr schnell mit den vorhandenen OH-Radikalen. Und trotz der niedrigen Konzentration von Stickoxiden ist die der OH-Radikalen hoch, etwa zehn Mal so hoch wie erwartet. Die Ozon-Konzentration hingegen ist niedrig. 

„Es muss also noch andere Prozesse geben, die bei niedriger Konzentration von Stickoxiden die OH-Radikale recyceln können, ohne dass dabei Ozon entsteht. Das zeigen auch unsere neuen Ergebnisse“, fasst Erstautor Dr. Franz Rohrer vom Institut für Energie- und Klimaforschung zusammen. Eine weitere, bereits im vergangenen Jahr in „Nature Geoscience“ veröffentlichte Studie dient dazu, diesen Mechanismus Schritt für Schritt zu entschlüsseln. Die Studie entstand mithilfe der Jülicher Atmosphärensimulationskammer SAPHIR. 

Originalveröffentlichung:

Franz Rohrer, Keding Lu, Andreas Hofzumahaus, Birger Bohn, Theo Brauers, Chih-Chung Chang, Hendrik Fuchs, Rolf Häseler, Frank Holland, Min Hu, Kazuyuki Kita, Yutaka Kondo, Xin Li, Shengrong Lou, Andreas Oebel, Min Shao, Limin Zeng, Tong Zhu, Yuanhang Zhang und Andreas Wahner: Maximum efficiency in the hydroxyl-radical-based self-cleansing of the troposphere.

Nature Geoscience (2014), doi: 10.1038/ngeo2199

http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2199.html

Ansprechpartner:

Dr. Franz Rohrer, Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Troposphäre (IEK-8)

Tel.: +49 2461 61-6511

E-Mail: f.rohrer@fz-juelich.de

Link zur Studie in „Science“ (Science 324 no. 5935 pp. 1702-1704, (2009) DOI: 10.1126/science.1164566):

http://www.sciencemag.org/content/324/5935/1702.full

Link zur Studie in „Nature Geoscience“ (Nature Geoscience 6, 1023–1026, (2013) doi:10.1038/ngeo1964):

http://www.nature.com/ngeo/journal/v6/n12/full/ngeo1964.html

Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Troposphäre (IEK-8):

http://www.fz-juelich.de/iek/iek-8/DE/Home/home_node.html

 

Informationen zu SAPHIR:

http://www.fz-juelich.de/iek/iek-8/DE/Leistungen/Infrastruktur/SAPHIR/SAPHIR.html

Erhard Zeiss | Forschungszentrum Jülich

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