Marine Aerosolpartikel – kleinste Schwebeteilchen über dem Meer – beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde sowohl direkt als auch indirekt, indem sie einfallende Sonnenstrahlung absorbieren und reflektieren. Sie entstehen auf verschiedenen Wegen durch Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre und verändern sich fortlaufend unter unterschiedlichen Umweltbedingungen.

Ein zentraler Bildungsprozess ist das sogenannte „Bubble Bursting“: Beim Platzen von Luftblasen an der Meeresoberfläche werden Bestandteile des Meerwassers direkt in die Atmosphäre eingetragen. Darüber hinaus tragen auch flüchtige Verbindungen aus dem Ozean zur Bildung von Aerosolpartikeln bei. Nach ihrer Emission verändern sich diese Partikel weiter, etwa durch chemische oder biogene Reaktionen in der Atmosphäre oder durch Wechselwirkungen mit anderen Partikeln und Gasen. Diese Alterungsprozesse verändern ihre physikochemischen Eigenschaften und damit auch ihre Rolle im Klimasystem.

Abb.1: Interaktionen zwischen Ozean und Atmosphäre, die zur Bildung von marinen Aerosol führen. Quelle: TROPOS

Um Quellen, Transport und Bildungswege mariner Aerosolpartikel besser zu verstehen und ihre Bedeutung für das globale Klima einzuordnen, ist es entscheidend, sowohl ihre chemische Zusammensetzung als auch ihre mikrophysikalischen und optischen Eigenschaften zu untersuchen. Neben Seesalz enthalten sie einen erheblichen Anteil organischer Verbindungen, die ihre Eigenschaften maßgeblich beeinflussen.

Eine wichtige Quelle dieser organischen Substanzen ist das Meerwasser selbst. Besonders relevant ist dabei der Oberflächenfilm der Meere (engl. Sea Surface Microlayer, SML) – eine nur wenige Mikrometer dünne Schicht, die die direkte Schnittstelle zwischen Ozean und Atmosphäre bildet und häufig stark mit organischen Verbindungen angereichert ist.

Abb. 2: Probenahme des marinen Oberflächenfilms mit der Glasplattentechnik. Quelle: TROPOS

Zur Beprobung dieses Oberflächenfilms wird die Glasplattentechnik eingesetzt: Eine Glasplatte wird vertikal ins Wasser eingetaucht und langsam herausgezogen, sodass der Film anhaftet. Dieser wird anschließend mit einem Teflonwischer abgestreift. Die so gewonnenen Proben werden sofort tiefgekühlt und mithilfe von Kühlcontainern und Trockeneis in die Labore des TROPOS transportiert, wo sie detailliert chemisch analysiert werden. Für die Identifizierung und Quantifizierung klimarelevanter organischer Verbindungen kommen gekoppelte chromatographische und massenspektrometrische Verfahren zum Einsatz.

Ergänzend zu den Meeresproben werden auch marine Wolken (oder Nebel, also Wolken nahe der Oberfläche) beprobt, indem deren Wasser gesammelt wird. Ziel ist es, nachzuvollziehen, wie bestimmte Bestandteile aus dem Meer über Aerosolpartikel schließlich in Wolken gelangen und dort die Wolkenbildung sowie den Strahlungshaushalt der Erde beeinflussen.

 

Die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre werden in Feldexpeditionen und in Labormessungen in verschiedenen aktuellen Forschungsprojekten untersucht:

 

  • BASS: Forschungsgruppe zum marinen Oberflächenfilm (SML) und seiner Rolle als reaktive biogeochemische Grenzschicht. 

  • AC³ (Arctic Amplification: Climate Relevant Atmospheric and Surface Processes): Transregio zur Untersuchung der arktischen Verstärkung und der zugrunde liegenden Prozesse. 

  • Ocean-GATE: Untersuchung mariner Proteine in der Antarktis und ihres Einflusses auf Aerosolpartikel und Wolken. 

  • TransArctic: Erforschung von Transport und Alterung von Aerosolbestandteilen in großen Höhen der arktischen Troposphäre. 

  • AIRSPACE: Untersuchung des Einflusses anthropogener Luftverschmutzung auf marine Aerosolpartikel und Austauschprozesse an der Ozeanoberfläche.

  • Biocat-Aerosol: Analyse von Aerosolpartikeln in der Bucht von Bengalen und deren Wechselwirkungen zwischen marinen und anthropogenen Quellen. 

 

Abgeschlossene Projekte (Auswahl):

 

  • ORIGAMY: Aliphatische Amine und ihre Rolle in der tropischen Atmosphäre: Messungen und Modellierung (2020-2023)

  • MarParCloud: Mariner Oberflächenfilm, Aerosolpartikel und Wolken: deren Verknüpfungen im tropischen Atlantik (2017-2020, kapverdische Inseln)  

  • PASCAL/SIPCA: Marine Kohlenhydrate in der arktischen Umwelt (2017, zentrale Arktis) 

  • MOSAiC: Jahreszyklus von organischen Bestandteilen auf arktischen Aerosolpartikeln (2019–2020, zentrale Arktis) 

  • PI-ICE: Marine Kohlenhydrate in der Antarktis (2019, westliche Antarktische Halbinsel)

 

Aktuelle Publikationen