HAUPTMENUE:

FORSCHUNG

Mitarbeiter/-innen

Mitarbeiter/-innen der Abteilung Chemie.

Physiko-chemische Charakterisierung von Luft, Partikeln und Wolkenwasser mittels Wolkenexperimenten (FEBUKO)

Im Zeitraum 01/2001 bis 06/2004 wurde folgender Projektverbund innerhalb des Atmosphärenforschungsprogramms des BMBF (AFO 2000) bearbeitet:

FEBUKO - Teilprojekt Wolken- u. Aerosolcharakterisierung, FEBUKO - Website

Zur Multiphasenmodellierung im Zusammenhang mit den FEBUKO - Feldexperimenten:

MODMEP - Teilprojekt Multiphasenmodellierung, MODMEP - Website

Innerhalb des Projektes fanden zwei Feldexperimente zu Aerosol-Wolken- Wechselwirkungen im Thüringer Wald im Oktober 2001 und 2002 statt (Abbildung 1). Experimentell wurde eine Vielzahl von Messmethoden eingesetzt, um die Gasphase, Partikeln und Wolkenwasser an drei Seiten - Luv, Lee und innerhalb einer orographischen Wolke (siehe Abbildung 2) - mit Schwerpunkt auf Budgets und die gegenseitige Umwandlung von Gas- zu Partikelphasenbestandteile zu untersuchen. Aus insgesamt 14 Sammelperioden mit 30 Wolkenereignissen wurden drei Ereignisse zur ausführlichen Interpretation ausgewählt. Ein Einfluss der Wolkenprozesse auf die chemische Zusammensetzung von Partikeln wie z. B. auf die Gehalte von organischen Verbindungen, Sulfat und Nitrat und auch auf Partikelgrößenverteilungen und Partikelmasse wurde beobachte. Außerdem wurde gefunden, dass der direkte Phasenübergang von polaren organischen Verbindungen aus der Gasphase sehr wichtig ist für das Verständnis der Wolkenwasserzusammensetzung. Zur Interpretation der chemischen und physikalischen Ergebnisse wurde ein Wolkenmodell (MODMEP-Projekt) entwickelt, welches eine komplexe Multiphasenchemie mit detaillierter Mikrophysik kombiniert.

Die Ergebnisse des Forschungsverbundes FEBUKO/MODMEP sind in einem Sonderband der Zeitschrift Atmospheric Environment 2005 (39) veröffentlicht.

Abb. 1: Messturm an der
Wolkenstation.

Abb. 2: Schematische Ansicht der Messstellen.

Niederschlagschemie

Konzentrationsänderungen von Luftschadstoffen im Regenwasser, hervorgerufen durch Emissionsänderungen, werden am Stadtrand von Leipzig (L) und einer ländlichen Messstelle in Melpitz (M, Forschungsstation des IfT) seit 1992 mit Hilfe von wet-only Sammlern (24 h Probenahme) untersucht.
Die Emissionssituation der früheren DDR war geprägt von hohen Beträgen an SO₂, NO_x, NH₃ und Staub. Nach der deutschen Wiedervereinigung 1990 konnte die Emission dieser Luftschadstoffe, allerdings nicht zeitgleich, stark verringert werden, was zu positiven aber auch negativen Auswirkungen auf die Niederschlagsinhaltsstoffe führte.
In Abbildung 1 ist der Trend der jährlichen mittleren volumen-gewichteten Konzentration der Komponenten Sulphat (SO₄^2-), Nitrat (NO₃^-), Ammonium (NH₄⁺) und Calcium (Ca₂⁺) und in Abbildung 2 für die Azidität sowie den pH-Wert im Niederschlag dargestellt. Eine Trend-Darstellung auf der Basis von Einzelmessungen ist anhand eines Posters zu sehen.
Die Änderung der Azidität des Niederschlags wird hauptsächlich von den Änderungen der ionischen Hauptkomponenten wie Sulphat (Vorläufer SO₂), Nitrat (Vorläufer NO_x), Ammonium (Vorläufer NH₃) und Calcium (aus Braunkohleasche) beeinflusst. 1992 waren Sulphat (L: 195 µeq/l, M: 140 µeq/l) und Calcium (L: 124 µeq/l, M: 72 µeq/l) die Komponenten mit den höchsten Konzentrationen im Regenwasser (Braunkohleverbrennung). 2005 hat Ammonium (ca. 70 µeq/l an L und M) an beiden Staionen die höchste Konzentration, gefolgt von Sulphat und/oder Nitrat (ca. 45 µeq/l) und Calcium (ca. 27 µeq/l). Die Konzentrationen von Nitrat und Ammonium blieben über den Zeitraum ziemlich stabil.
Die Azidität bzw. der pH-Wert des Niederschlags folgt aus dem Verhältnis saurer (Sulfat und Nitrat) und basischer (Ammonium und Calcium) Komponenten. Eine Erhöhung der extremen Aziditätswerte wurde an beiden Stationen in den Sommermonaten bis 1996 beobachtet (siehe Poster). Die höchste Azidität wurde in Leipzig 1996 mit 468 µeq/l (pH-Wert: 3,33) gemessen. Der mittlere jährliche pH-Wert erhöhte sich von ca. 4,35 (1992) auf ca. 4,8 (2005).

Grafik: Mittlere volumen-gewichtete Konzentration.

Abb. 1: Trend der mittleren jährlichen volumen-gewichteten Konzentration verschiedener Komponenten im Regenwasser an den Stationen Leipzig (L) und Melpitz (M).