Aerosolpartikel können je nach chemischer Zusammensetzung und Größe hygroskopisch wachsen und als Wolkenkondensationskeime (CCN, engl. Cloud Condensation Nuclei) in der Atmosphäre dienen. Sie sind daher entscheidend für die Entstehung von Wolken.

In verschiedenen Studien wurde das hygroskopische Wachstums- und Aktivierungsverhalten unterschiedlicher Arten von Aerosolpartikeln untersucht. Dafür wurde der „Leipzig Aerosol Cloud Interaction Simulator“ (LACIS) eingesetzt. LACIS erlaubt die Messung des hygroskopischen Partikelwachstums bei sehr hohen relativen Feuchten (RH > 99%) sowie der Aktivierung von Wolkentropfen unter laminaren Strömungsbedingungen mit ein und demselben Gerät. Das Ziel der Untersuchungen war, die Verbindung zwischen hygroskopischem Wachstum und Tropfenaktivierung zu betrachten und zu testen, in wie weit die beiden Prozesse, z.B. unter Verwendung der Köhler-Theorie, beschrieben werden können.

Die gewonnen Ergebnisse umfassen die konsistenten Beschreibungen sowohl des hygroskopischen Wachstums als auch der Aktivierung für verschiedene Seesalzpartikel (mit und ohne organischem Material (Algen-Extrakte); Niedermeier et al., 2008, Wex et al., 2010), atmosphärische HULIS (HUmic Like Substances) Partikelproben (Wex et al., 2007a, Ziese et al., 2008, Kristensen et al, 2012), sowie für sekundär-organische Aerosolpartikel (Wex et al., 2009, Petters et al., 2009) und beschichtete und unbeschichtete Rußpartikel (Henning et al., 2010, Snider et al., 2010, Stratmann et al., 2010). Erstmals konnte in-situ das Deliqueszenzverhalten schwerlöslicher Partikel (RH ca. 99%) beobachtet werden (Wex et al., 2007b). Des Weiteren wurde der Massenakkomodationskoeffizient von Wasserdampf auf flüssigem Wasser bestimmt. Die gefundenen Werte bewegten sich im Bereich zwischen 0.3 und 1.0 (Voigtländer et al., 2007).

Diese Laboruntersuchungen erfolgten unter sich nicht bzw. nur langsam ändernden thermodynamischen Bedingungen in der Nähe der Partikel/Tropfen. Das heißt, mögliche Einflüsse turbulenter Temperatur- und Wasserdampfschwankungen und damit verbundenen Sättigungsschwankungen auf das hygroskopische Wachstum und die Aktivierung von Aerosolpartikeln wurden bisher nicht untersucht. Dies ist das Ziel gegenwärtiger und zukünftiger Untersuchungen mit dem turbulenten Feuchtluft-Windkanal LACIS-T (turbulent Leipzig Aerosol Cloud Interaction Simulator). Erste Ergebnisse zum Einfluss der Turbulenz auf die Wolkentropfenaktivierung werden in Kürze zur Veröffentlichung eingereicht.

Literatur:

Henning et al. (2010), Soluble mass, hygroscopic growth and droplet activation of coated soot particles during LExNo, J. Geophys. Res., 115(D11206), doi:10.1029/2009JD012626.

Kristensen et al. (2012), Hygroscopic growth and CCN activity of HULIS from different environments, J. Geophys. Res., 117(22), doi:10.1029/2012JD018249.

Niedermeier et al. (2008), LACIS-measurements and parameterization of sea-salt particle hygroscopic growth and activation, Atmos. Chem. Phys., 8, 579–590.

Petters et al. (2009), Towards closing the gap between hygroscopic growth and activation for secondary organic aerosol - Part 2: Theoretical approaches, Atmos. Chem. Phys., 9, 3999-4009.

Snider et al. (2010), Intercomparison of CCN and hygroscopic fraction measurements: Coated-soot particles investigated during LExNo, J. Geophys. Res., 115(D11205), doi:10.1029/2009JD012618.

Stratmann et al. (2010), Examination of laboratory-generated coated soot particles: An overview over the LExNo campaign, J. Geophys. Res., 115(D11203), doi:10.1029/2009JD012628.

Voigtländer et al. (2007), Mass accommodation coefficient of water: a combined computational fluid dynamics and experimental data analysis, J. Geophys. Res., 112(D20208), doi:10.1029/2007JD008604.

Wex et al. (2007a), Hygroscopic growth and measured and modeled critical super-saturations of an atmospheric HULIS sample, Geophys. Res. Lett., 34(L02818), doi:10.1029/2006GL028260.

Wex et al. (2007b), Deliquescence and hygroscopic growth of succinic acid particles measured with LACIS, Geophys. Res. Lett., 34(L17810), doi:10.1029/ 2007GL030185.

Wex et al. (2009), Towards closing the gap between hygroscopic growth and activation for secondary organic aerosol: Part 1 - Evidence from measurements, Atmos. Chem. Phys., 9, 3987-3997.

Wex et al. (2010), The influence of algal exudate on the hygroscopicity of sea spray particles, Advances in Meteorology, 2010, 365131, doi:10.1155/2010/365131.

Ziese et al. (2008), Hygroscopic growth and activation of HULIS particles: experimental data and a new iterative parameterization scheme for complex aerosol particles, Atmos. Chem. Phys., 8, 1855-1866.