Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Frage der Größe: Von Aerosolteilchen zu Wolkentröpfchen

02.06.2006
Trotz unterschiedlichster Herkunft und Zusammensetzung der Aerosolteilchen in Zentraleuropa hängt die Fähigkeit, zu Wolkentröpfchen anzuwachsen, in erster Linie von der Teilchengröße ab.

Wolken spielen eine zentrale Rolle für Klimasystem und Wasserkreislauf der Erde. Das Verhalten einer Wolke hängt in hohem Maße von der Anzahl und Größe der Tröpfchen ab, aus denen sie besteht. Jedes dieser Tröpfchen benötigt zum Wachsen ein Aerosolteilchen als Keim, genannt Wolkenkondensationskern (cloud condensation nucleus, CCN). Es ist deshalb wichtig zu verstehen, welche Eigenschaften es einem Aerosolteilchen ermöglichen, zu einem Wolkentropfen anzuwachsen. Einfache physikalisch-chemische Betrachtungen zeigen, dass dies in erster Näherung von der Anzahl der löslichen Moleküle abhängt, die das Teilchen enthält. Diese wiederum hängt von der Größe und Zusammensetzung der Moleküle ab. Wenn man sich die äußerst verschiedenartige Herkunft der Teilchen in der Atmosphäre vor Augen hält - z.B. Meersalz, Staub, Rauch, industrielle Emissionen - wird deutlich, dass die Komplexität ihrer Zusammensetzung lange als Haupthindernis für die Modellierung und Vorhersage von Aerosoleffekten auf die Wolkeneigenschaften und das Klima angesehen wurde.

Wie das Wissenschaftsmagazin Science berichtet, haben nun Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie und der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz diesen Einfluss von Aerosolgröße und -zusammensetzung systematisch untersucht. Zur Trennung beider Effekte haben sie Umgebungsaerosole in enge Größenbereiche unterteilt (Durchmesser zwischen 40 und 120 Millionstel Millimeter) und dann deren chemische Zusammensetzung und Wachstumsfähigkeit untersucht. Die Messungen wurden im Sommer 2004 am Kleinen Feldberg im Taunus durchgeführt. Während der dreiwöchigen Messperiode wurden an der Bergstation sehr unterschiedliche Luftmassen vorgefunden: gealterte Kontinentalluft reich an industriellen und Verkehrsschadstoffen, marine Luftmassen, die sehr rasch vom Nordatlantik herübergezogen waren, und frisch verschmutzte Luft aus dem dicht besiedelten und hoch industrialisierten Rhein-Main-Gebiet. Der Hauptbestandteil in allen Luftmassentypen war organisches Material, gefolgt von Ammonium, Sulfat und Nitrat. Bemerkenswerterweise schien sich der lösliche Anteil der Teilchen nicht allzu sehr zu unterscheiden, trotz der sehr unterschiedlichen Vorgeschichte der Luft.

Die Messungen der Mainzer Forscher zeigen, dass die Größe der Teilchen eine wesentlich wichtigere Rolle bei der Bildung von Wolkentropfen spielt als deren Zusammensetzung - zumindest bei den Aerosoltypen an unserem kontinentalen Messort.

Der Hauptgrund hiefür ist, dass die Fähigkeit eines Teilchens als Wolkenkondensationskern zu wirken in erster Näherung von der Gesamtzahl der darin enthaltenen löslichen Moleküle abhängt. Diese Anzahl hängt in der dritten Potenz vom Teilchendurchmesser ab, aber nur linear vom löslichen Massenanteil, d.h. der Zusammensetzung.

Die Tatsache, dass, zumindest bei den in Europa angetroffenen Aerosolen, die Teilchenzusammensetzung nur von sekundärer Bedeutung für das Wachstum der Wolkentropfen ist, hat große praktische Vorteile. Die Abschätzung von CCN-Konzentrationen aus relativ einfachen Messungen wird dadurch wesentlich leichter, und deren Darstellung in Wolken- und Klimamodellen deutlich vereinfacht. Wenn man die typischen größenaufgelösten CCN-Wirkungsgrade für wichtige Gebiete und Aerosolarten kennt, können die CCN-Konzentrationen aus beobachteten oder modellierten Teilchengrößenverteilungen abgeschätzt werden. Daher sollten Feldversuche in verschiedenen Gebieten mit dem Ziel durchgeführt werden, eine Datensammlung solcher größenaufgelösten CCN-Wirkungsgrade zu erstellen. Bei Modellrechnungen sollten eher Anstrengungen unternommen werden, die Teilchengrößeverteilungen exakt vorherzusagen als die genaue chemische Zusammensetzung.

Die Ergebnisse der Mainzer Forscher bieten auch eine Grundlage für die Abschätzung von CCN-Häufigkeiten über größere Zeit- und Raumskalen aus Fernerkundungsdaten, da Aerosol-Teilchengrößeverteilungen wesentlich einfacher durch Fernerkundung erhalten werden können als Teilchenzusammensetzungen.

Originalveröffentlichung:

U. Dusek, G. P. Frank, L. Hildebrandt, J. Curtius, J. Schneider, S. Walter, D. Chand, F. Drewnick, S. Hings, D. Jung, S. Borrmann, and M. O. Andreae
Size matters more than chemistry for cloud nucleating ability of aerosol particles

Science, 2 June 2006

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Prof. Meinrat O. Andreae
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz
Tel.: +49 (0)6131 305 421
E-Mail: andreae@mpch-mainz.mpg.de
Prof. Stephan Borrmann
Institut für Physik der Atmosphäre
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Tel.: +49 (0) 6131 39-23396
E-Mail: borrmann@uni-mainz.de

Dr. Mirjana Kotowski | idw
Weitere Informationen:
http://www.mpch-mainz.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Titin in Echtzeit verfolgen
13.12.2019 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Neu entdeckter Schalter steuert Zellteilung bei Bakterien
13.12.2019 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Das feine Gesicht der Antarktis

Eine neue Karte zeigt die unter dem Eis verborgenen Geländeformen so genau wie nie zuvor. Das erlaubt bessere Prognosen über die Zukunft der Gletscher und den Anstieg des Meeresspiegels

Wenn der Klimawandel die Gletscher der Antarktis immer rascher Richtung Meer fließen lässt, ist das keine gute Nachricht. Denn dadurch verlieren die gefrorenen...

Im Focus: Virenvermehrung in 3D

Vaccinia-Viren dienen als Impfstoff gegen menschliche Pockenerkrankungen und als Basis neuer Krebstherapien. Zwei Studien liefern jetzt faszinierende Einblicke in deren ungewöhnliche Vermehrungsstrategie auf atomarer Ebene.

Damit Viren sich vermehren können, benötigen sie in der Regel die Unterstützung der von ihnen befallenen Zellen. Nur in deren Zellkern finden sie die...

Im Focus: Virus multiplication in 3D

Vaccinia viruses serve as a vaccine against human smallpox and as the basis of new cancer therapies. Two studies now provide fascinating insights into their unusual propagation strategy at the atomic level.

For viruses to multiply, they usually need the support of the cells they infect. In many cases, only in their host’s nucleus can they find the machines,...

Im Focus: Cheers! Maxwell's electromagnetism extended to smaller scales

More than one hundred and fifty years have passed since the publication of James Clerk Maxwell's "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" (1865). What would our lives be without this publication?

It is difficult to imagine, as this treatise revolutionized our fundamental understanding of electric fields, magnetic fields, and light. The twenty original...

Im Focus: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Titin in Echtzeit verfolgen

13.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

LogiMAT 2020: Automatisierungslösungen für die Logistik

13.12.2019 | Messenachrichten

Das feine Gesicht der Antarktis

13.12.2019 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics