Chamber-BIODUST Project – Biomass Burning and Dust Interaction

Die zunehmende Häufigkeit und Intensität von Waldbränden unterstreicht die Bedeutung eines besseren Verständnisses der atmosphärischen Auswirkungen von Emissionen aus Biomasseverbrennung. Rauchfahnen enthalten häufig Mischungen aus Verbrennungsaerosolen und mineralischen Staubpartikeln, deren gemeinsames mikrophysikalisches und chemisches Verhalten jedoch bislang nur unzureichend charakterisiert ist.

Die BIODUST-Kammerexperimente untersuchen die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen aus Biomasseverbrennung und mineralischen Staubpartikeln unter kontrollierten Laborbedingungen. Diese Mischungen beeinflussen die Strahlungseigenschaften von Aerosolen, die Bildung sekundärer organischer Aerosole sowie das Wolkennukleationsverhalten. Staubpartikel können dabei als reaktive Oberflächen und Kondensationskeime wirken und so Alterungsprozesse von Aerosolen sowie deren atmosphärische Lebensdauer verändern.

 

TROPOS bietet hierfür eine einzigartige Forschungsumgebung durch die Kombination verschiedener experimenteller Einrichtungen, darunter die Leibniz Biomass Burning Facility (LBBF) und die Kammer des Fachbereichs Atmosphärenchemie. Kombinierte Messungen des hygroskopischen Wachstums, der chemischen Zusammensetzung und der CCN-Aktivität ermöglichen eine detaillierte Analyse von Aerosol-Transformationsprozessen.

Erste Ergebnisse zeigen, dass Wechselwirkungen zwischen Rauch und Staub das hygroskopische Wachstum sowie die chemische Zusammensetzung deutlich verändern, was auf komplexe Mischungsprozesse und extern gemischte Partikelpopulationen hinweist. Aktuelle Klimamodelle berücksichtigen mineralische Staubemissionen aus Waldbränden häufig nicht, sodass diese Ergebnisse dazu beitragen können, Unsicherheiten in der Beschreibung von Aerosol-Klima-Wechselwirkungen zu verringern. Einige vorläufige Ergebnisse sind in Abb. 1 dargestellt.

Wissenschaftliche Ergebnisse:

  • Identifikation physikochemischer Transformationsprozesse in Rauch–Staub-Mischungen
  • Quantifizierung des Beitrags von Waldbränden zu mineralischen Staubaerosolemissionen
  • Verbesserte Darstellung der Auswirkungen von Waldbrand-Aerosolen in atmosphärenchemischen und Klimamodellen

Abbildung 1. Überblick über die hygroskopischen Eigenschaften und die chemische Variabilität der Rauch- und Staubmischung in der ACD-C (Atmospheric Chemistry Department Chamber; https://www.tropos.de/). Die CCN-Aktivität und Partikelaktivierung im zeitlichen Verlauf (A). Das hygroskopische Wachstum der Partikel während der Staub- und Rauchinjektion bei 200 nm zeigt bei Rauchzugabe einen zweiten Modus, was auf teilweise externe Mischung hinweist. Die chemische Zusammensetzung (organisch und anorganisch) verändert sich im Verlauf des Experiments.