BayFORKLIM

BAYERISCHER KLIMAFORSCHUNGSVERBUND

G4 (Fortsetzung von BII7) Wachstumsverhalten von Aerosolpartikeln (2)

Arbeitsfeld:

Im Rahmen von BayFORKLIM wurde ein Hygroscopic Tandem-Differential-Mobility-Analysator entwickelt, mit dem das Wachstumsverhalten atmosphärischer Aerosolpartikel analysiert werden kann. Die mit diesem Gerät in Labor und Feld erzielten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Alle Analysen legen den Schluss nahe, dass das atmosphärische Aerosol in Bayern aus zwei Komponenten besteht: gealtertem kontinentalen Hintergrundaerosol und lokal produzierten Partikeln aus den Emissionen der Verbrennung von fossilen Energieträgern; es zeigt sich eine starke Korrelation mit dem Kraftverkehr.
• In der Atmosphäre in Bayern existiert an allen untersuchten Orten (Hohenpeißenberg, Neuherberg und M-Kiesselbachplatz) und zu allen Jahreszeiten und Wetterlagen eine stark hygroskopische (HHF) und eine schwach hygroskopische Fraktion (LHF) der Aerosolpartikel. Das bedeutet, dass immer eine externe Mischung von Partikelmaterialien mit unterschiedlichen hygroskopischen Eigenschaften vorhanden war.
• Der mittlere Wachstumsfaktor (Quotient Partikeldurchmesser bei 85 % relativer Luftfeuchte und trockenem Durchmesser) für die LHF ist 1,02 ± 0,03, für die HHF 1,33 ± 0,06. Die LHF repräsentiert die hydrophoben, die HHF die hydrophilen Aerosoleigenschaften; aufgrund von Koagulations- und Alterungsprozessen können die hydrophoben Partikel jedoch benetzt werden und sind somit nur noch als quasi-hydrophob einzustufen. Der Wachstumsfaktor steigt aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten mit wachsender Luftfeuchte an und wird über den hier angegebenen Werten liegen, wenn die Luftfeuchte höher als 85 % ist.
• Die Wachstumsfaktoren nehmen von Hohenpeißenberg über Neuherberg zum Luise-Kiesselbach-Platz ab, lassen sich jedoch aufgrund hoher Standardabweichungen durch Witterung und Jahreszeit nicht statistisch signifikant voneinander unterscheiden.
• Ein Unterschied in den Wachstumsfaktoren im Jahresverlauf für jeden der drei Messorte wurde nicht gefunden.
• Chemische Analysen der Ionen zeigten, dass es sich beim Hintergrundaerosol im wesentlichen um Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat handelt; Materialanalysen mit PIXE bestätigten dies. Der Hauptanteil des Hintergrundaerosols ist Schwefel. Es wurden jedoch auch messbare Konzentrationen von Zink und Blei gefunden.
• Materialanalysen der LHF zeigten Kohlenstoffverbindungen als wesentliche Komponenten (daneben auch Chlor und Schwefel), Analysen der HHF Schwefelverbindungen als Hauptkomponenten (daneben auch Kohlenstoffverbindungen). Daraus läßt sich schließen, dass die Partikel durch Koagulations- und Alterungsprozesse intern gemischt sind.
• Das atmosphärische Aerosol in Bayern zeigt keinen Deliquescencepunkt wie Reinsubstanzen. Dies bedeutet, dass das Aerosol aus mehreren Komponenten besteht, die das Verhalten der Reinsubstanzen maskieren. Vergleichsmessungen mit maritimem Aerosol zeigen einen Deliquescencepunkt für Natriumchlorid.
• Im Labor simulierte Alterungsprozesse an Reinstrußpartikeln mit Gasen und Dämpfen zeigten, dass der Kontakt mit Ozon, Schwefelsäure oder Benzo[a]Pyren die Aktivierbarkeit der Partikel erhöht, dass er aber nicht zu einer Benetzbarkeit führt.
• Berechnungen der Deposition von Aerosolpartikeln in der menschlichen Lunge wurden für die hydrophile Fraktion des kontinentalen Hintergrundaerosols durchgeführt. Wird diesem Aerosol die hydrophobe (Ruß-) Komponente - wie während der Kampagnen gemessen - zusätzlich überlagert, so erhöht sich die Massendeposition in der Gesamtlunge um über 40 %.

Forschungsbedarf:
bereits abgeschlossen

Gefördert durch:
Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz