Speziation von Spurenelementen in der Atmosphäre

Projektthema: Elementspeziation zum Verständnis von Quellen und Bildungsmechanismen maritimer Aerosolpartikel


Teilnehmende Gruppen:

  • Fachbereich Physik: AG-Borrmann, Drewnick, Curtius
  • Fachbereich Chemie: AG-Hoffmann
  • Fachbereich Material- und Geowissenschaften, TU Darmstadt: AG-Weinbruch
  • Max-Planck-Institut für Chemie: AG-Crowley (Kooperationspartner des GRK)

 
Einleitung

Die Motivation zur wissenschaftlichen Auseinandersetzung mit atmosphärischen Aerosolpartikeln liegt insbesondere in ihrer Rolle im Klimasystem der Erde (Stichworte: direkter bzw. indirekter Klimaantrieb) sowie in ihren potentiellen gesundheitlichen Auswirkungen (Stichwort: „Sechs-Städte-Studie“). Beide Themenkomplexe sind weiterhin mit großen Unsicherheiten verbunden, wobei eine der Hauptursachen hierfür die ungenügende Kenntnis der chemischen Spezies der an der Aerosolbildung beteiligten Elemente ist. Diese Kenntnis der Elementspezies ist dabei eine wertvolle Information nicht nur zur Aufklärung der Herkunft sowie der Quell- und Umwandlungsmechanismen von Aerosolpartikeln, sondern um über die unterschiedlichen physiko-chemischen Eigenschaften der verschiedenen aerosolgebundenen Elementspezies auch Aussagen über ihren Verbleib und die Relevanz der entsprechenden Partikelkomponenten zu machen (z.B. Hygroskopizität - Funktion als Wolkenkondensationskerne; Dampfdruck - Gas/Partikel-Konversion; Löslichkeit - Bioverfügbarkeit).  

Im Rahmen der zweiten Förderperiode werden sich die beteiligten Gruppen verstärkt mit der Iodchemie in der Troposphäre beschäftigen. Messungen verschiedener Iodspezies zeigten bereits in den letzten Jahrzehnten, dass die Freisetzung insbesondere von methylierten Iodverbindungen aus dem Ozean, produziert durch Makro- und Mikroalgen, die Hauptquelle für atmosphärisches Iod darstellt [1]. Photooxidation der freigesetzten Verbindungen zu löslichen oder unlöslichen partikulären Iodspezies erlaubt einem signifikanten Anteil dieses Elements in die Partikelphase überzugehen. Die Aerosolbildung stellt damit – nach nasser oder trockener Deposition der gebildeten Partikel über den Landflächen – einen wichtigen Transportmechanismus für dieses Element in Richtung terrestrischer Regionen dar [2].

 

Abb.: Skizze zu Quellen und Umsetzungen verschiedener Iodspezies in der
maritimen Atmospähre

[1] J.E. Lovelock, K.J. Maggs und R.J. Wade (1973) Halogenated hydrocarbons in and over the Atlantic, Nature 241, 194.

[2] L.J. Carpenter (2003) Iodine in the marine boundary layer, Chem. Rev. 103, 4953.

 

Themen der geplanten Dissertationsprojekte

Im Folgenden werden exemplarisch eine Reihe von Dissertationsthemen aus dem Forschungsschwerpunkt 3 sowie die jeweiligen Betreuer aufgeführt.

  • Entwicklung eines analytischen Gesamtverfahrens zur Bestimmung flüchtiger Halogenverbindungen (elementar, alkyliert) in der Gasphase (Hoffmann, Crowley)
  • Speziation von Iodoxiden (IxOy) bei der Neubildung von Aerosolpartikeln aus der Gasphase (Curtius, Crowley)
  • Erarbeitung von Verfahren zur Iodspeziesanalytik in größenfraktionierten maritimen Aerosolpartikeln (Hoffmann, Borrmann)
  • Größenfraktionierte Einzelpartikel-Speziesanalytik von Halogenverbindungen im maritimen Aerosol mittels ToF-AMS (Borrmann, Drewnick)
  • Einsatz von Elektronenstrahlmethoden zur chemischen Charakterisierung von Einzelpartikeln maritimer Herkunft: Elementspeziation und Feuchtewachstum (Weinbruch, Hoffmann)
  • Aufnahme, Umwandlung und analytische Charakterisierung von Iodspezies durch Makroalgen (Baumann, Hoffmann)