Nanohaufen beleuchten das Schicksal von Aerosolen

Aerosole sind ziemlich ambivalent: Zum einen spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Wolkenbildung und wirken indirekt gegen Treibhausgase, zum anderen sind sie aber auch eine Quelle der Umweltverschmutzung und haben einen – noch weitgehend unbekannten – Einfluss auf den Klimawandel. Die im Rahmen des Projekts nanoCAVa durchgeführte Forschung zielte darauf ab, neue Erkenntnisse hinsichtlich der Haufenbildung zu liefern.

Klimawandel und Umwelt

Wenn es um Aerosole und deren Auswirkungen auf die Umwelt geht, ist es oft das Verbot von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW), das einem als erstes in den Sinn kommt. Obwohl diese Chemikalien schon längst aus dem Verkehr gezogen wurden, werden weltweit immer noch andere Aerosole in der Atmosphäre verwendet und freigesetzt – und zwar trotz der Tatsache, dass wir immer noch nicht viel über ihre Auswirkungen auf die Umwelt wissen. Dr. Katrianne Lehtipalo vom Institut für Atmosphären- und Erdsystemwissenschaften der Universität Helsinki erklärt: „Es gibt sowohl große Unterschiede bei den Quellen (natürlich und anthropogen) als auch bei den Eigenschaften (Konzentration, Größe, Zusammensetzung usw.) von Aerosolpartikeln. Daher ist es schwierig, ihre Auswirkungen auf Wolken und Klima genau zu modellieren. Wir müssen mehr darüber wissen, wie Aerosole gebildet werden und wie sie sich in der Atmosphäre verändern.“ Dies war das Hauptanliegen des nanoCAVa-Projekts (Formation of nano-scale clusters from atmospheric vapors). Über drei Jahre und mithilfe von Forschungsgruppen an der Universität Helsinki und am Paul Scherrer Institut versuchte Dr. Lehtipalo, das derzeitige Verständnis des schmalen Grades zwischen den Gasphasen und den kondensierten Phasen von Aerosolen zu verbessern, indem sie die Bildung von Nanohaufen aus atmosphärischen Dämpfen erforschte. „Unser Ansatz bestand darin, detaillierte Laborstudien miteinander zu kombinieren, um die grundlegenden Eigenschaften und Bildungsmechanismen von Aerosolpartikeln zu untersuchen und für Langzeitfeldstudien festzuhalten. Dies ist eine leistungsstarke Kombination, die es uns auf der einen Seite ermöglicht, unser Know-how aus jahrelangen atmosphärischen Studien für die Planung von für die Atmosphäre relevanten Laborexperimenten und aktuellen Forschungsfragen zu nutzen. Auf der anderen Seite können wir so testen, ob die im Labor gefundenen Mechanismen und verwandten Modelle reale Beobachtungen der Atmosphäre erklären können“, so Dr. Lehtipalo. Dank der jüngsten Fortschritte bei Instrumenten, mit denen atmosphärische Dämpfe, Haufen und kürzlich gebildete Aerosolpartikel nachgewiesen werden können, gelang es dem Projektteam, Haufen in der Atmosphäre zu messen und ihren Entstehungsprozess in der CLOUD-Kammer am CERN zu erforschen. Diesen Nachweismethoden konnten selbst die Aerosole mit den niedrigsten atmosphärischen Konzentrationen nicht entgehen. Das Team hat nun ein besseres Verständnis der Konzentrationen und der Zusammensetzung von Haufen, die kleiner als 3 nm sind, in der Atmosphäre. Sie konnten sogar neue Entstehungs- und Wachstumsmechanismen von Aerosolpartikeln ausfindig machen – insbesondere Schwefelsäure, Ammoniak, Amine und organische Dämpfe. „Unsere Ergebnisse gehören zu den ersten, aus denen hervorgeht, wie sich Haufen und Nanopartikel fast überall in der Atmosphäre bilden, von sauberen Landschaften bis hin zu Megastädten. Ihre Quellen und Konzentrationen sind natürlich sehr unterschiedlich, und wir hoffen, in Zukunft einen besseren Einblick darüber zu erhalten und besser zu verstehen, was das Wachstum der Haufen auf klimarelevante Größen anregt“, erklärt Dr. Lehtipalo. Obwohl das Projekt jetzt abgeschlossen wurde, beabsichtigt das Team, seine Arbeit auch weiterhin fortzusetzen. Derzeit werden in verschiedenen Teilen der Welt neue Feldmessungen durchgeführt und weitere Laborexperimente warten darauf, analysiert zu werden. Dr. Lehtipalo weist auch auf die Notwendigkeit robusterer und zuverlässigerer Instrumente für langfristige atmosphärische Messungen hin, da, wie sie selbst eingesteht, viele Bereiche der Atmosphäre noch nicht bekannt sind.

Schlüsselbegriffe

nanoCAVa, Aerosole, Nanohaufen, Partikel, Umwelt

Formation of nano-scale clusters from atmospheric vapors

Nanohaufen beleuchten das Schicksal von Aerosolen

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