Die Überwachung der Schadstoffkonzentrationen in der Erdatmosphäre

Ein an der Universität Bremen entwickeltes MAX-DOAS-Instrument dient zur Überwachung einer Reihe belangvoller atmosphärischer Schadstoffe, einschließlich Halogenoxide und Stickstoffdioxid.

Seit Beginn des Industriezeitalters hat die Erdatmosphäre derbe Schläge hinnehmen müssen. Die Grade der atmosphärischen Schadstoffe erreichen kritische Höhen und bedrohen das Leben auf der Erde. Ein Beispiel dafür ist das Loch in der Ozonschicht. Die Überwachung der am Prozess des Ozonabbaus beteiligten atmosphärischen Bestandteile ist von höchster Wichtigkeit.

Das Institut für Umweltphysik an der Universität Bremen in Deutschland wendete erfolgreich ein Multi AXis Differential Optical Absorption Spectroscopy (MAX DOAS) Instrument zur stichprobenartigen Untersuchung der Atmosphäre an. DOAS-Instrumente messen die einfallende Sonnenstrahlung in den ultravioletten und sichtbaren Bereichen des Spektrums, um die Schadstoffkonzentrationen in der Troposphäre und in der Stratosphäre nachzuweisen. Der Vorteil von MAX DOAS gegenüber den typischen DOAS-Instrumenten liegt in seiner Fähigkeit, Messungen an mehreren unterschiedlichen Referenzpunkten durchzuführen. Dies ermöglicht größere Weglängen und somit eine gesteigerte Empfindlichkeit.

Auf diese Weise können Proben einer breiten Vielfalt atmosphärischer Spezies gesammelt werden. So wurde MAX DOAS beispielsweise im Rahmen des QUILT-Projekts genutzt, um die Konzentrationen der mit dem stratosphärischen Ozonabbau verbundenen Spezies, nämlich der Halogenoxide BrO und IO, abzuleiten. Die Messungskampagne umfasste bodenstationierte Messungen an mehreren unterschiedlichen Breitengraden sowie von Schiffen aus durchgeführte Messungen. Während seiner Installation wurde das in der Arktis installierte Instrument darüber hinaus zur Bestimmung der lokalen Konzentrationen des Schadstoffs Stickstoffdioxid genutzt. Es können auch vertikale Profile der Aerosol-Eigenschaften wie Aerosol-Tilgung erlangt werden.

Im Laufe von FORMAT, einem weiteren EESD-Projekt, wurde MAX DOAS genutzt, um Konzentrationen von Formaldehyd, HCHO, zu liefern. Formaldehyd spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von photochemischem Smog. MAX DOAS erbrachte darüber hinaus bei der Andoya-Vergleichsstudie des Network for the Detection of Stratospheric Change (NDSC – Netzwerk für die Messung stratosphärischer Änderungen) gute Leistungen.

Durch diese verschiedenen Projekte zeigte das Team der Universität Bremen das Potenzial für MAX DOAS in atmosphärischen Untersuchungsstudien. Neben den erwähnten Anwendungen beinhalten weitere Möglichkeiten die Überwachung vulkanischer Emissionen und städtischer Luftverschmutzung. Die MAX-DOAS-Messungen überstützen auch die Kalibrierung und Verbesserung atmosphärischer Strahlungsmodelle.