Der Einfluss biogener organischer Stoffe für die SOA Bildung

Um die Quellstärke und die Entwicklung in der Atmosphäre von organischen Aerosol-Partikel und deren gasförmigen Vorläuferstoffe besser zu verstehen, startet das National Center of Atmospheric Research (NCAR) in Boulder USA die Forschungsinitative BEACHON (http://www.tiimes.ucar.edu/beachon/index.htm). Diese Initiative ist fokusiert auf die Messung biogener Gas- und Partikelflüsse und deren computergestützte Simulation an der Monitoringstation in Colorado USA. Die quantitative Bestimmung von Konzentrationen und Flüssen von flüchtigen (VOC) und wenig flüchtigen (SVOC) organischen Verbindungen ist von entscheidender Bedeutung, um die Bildung und zeitliche Entwicklung von sekundären organischen Aerosol-Partikel (SOA) besser zu verstehen. Die Zusammensetzung der VOC wird üblicherweise mit GC-MS bestimmt. Um möglichst alle VOCs und SVOCs, die zur SOA Bildung beitragen können, zu erfassen, bedarf es neuer innovativer Messmethoden. Ein hochauflösendes PTR-TOFMS Gerät wurde erst vor kurzem an der Universität Innsbruck entwickelt. Dieses innovative Instrument wird neue Standards bei der Messung von biogenen VOCs und SVOCs setzen. Der Einsatz dieses Instruments zur quantitativen Bestimmung von VOCs und SVOCs an der BEACHON Monitoringstation würde den Satz an technisch ausgefeilten Messmethoden entscheidend erweitern. Es sollte prinzipiell auch möglich sein SVOC Flüsse mit dem PTR-TOFMS im Feld zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird Thomas Karl von NCAR als Gastwissenschaftler Innsbruck besuchen. Thomas Karl ist Experte in VOC Flussmessungen. Er wird die PhD Studenten in Innsbruck mit dem Ziel SVOC Flüsse im Feldeinsatz zu bestimmen unterstützen. Mit Unterstützung von Thomas Karl wird diese Methode zusammen mit den Studenten aus Innsbruck in zwei Feldmesskampagnen an der NCAR Monitoringstation in USA getestet. Die Ergebnisse werden in eigenen Veranstaltungen einem akademischen und inndustriellen Publikum präsentiert.

Eine unvorstellbar große Menge an VOCs` gelangt ständig in die gasförmige Schutzhülle unseres Planeten. VOCs ist die Abkürzung für volatile organic compounds, für flüchtige organische Substanzen. Das sind organische, also kohlenstoffhaltige Verbindungen, die leicht verdampfen. Freigesetzt werden VOCs durch die Verbrennung fossiler Energieträger, durch Waldbrände und von Lösungsmittel. Pflanzen gelten aber als Hauptquelle. Bei der Oxidation solcher VOCs unter Anwesenheit von Stickoxiden entsteht bodennahes Ozon, das bei hohen Konzentrationen gesundheitsschädlich ist. VOCs gelten auch als gasförmige Vorläuferstoffe bei der Aerosolbildung. Indem diese Aerosole (Schwebeteilchen in Luft) als Kondensationskeime wirken, beeinflussen sie die Wolkenbildung und somit auch das Klima. Nahezu alle VOCs in Echtzeit, also sofort, zu erfassen, ist erst seit kurzem durch das in Innsbruck entwickelte PTR-TOF-MS Verfahren möglich. Zuvor waren für die Untersuchung von Luft, damit auch von Umweltbelastungen, zeit- und kostenintensive chemische Verfahren notwendig, die erst im Nachhinein Ergebnisse lieferten. Das Innsbrucker PTR-MS-Verfahren liefert dagegen in Echtzeit, also sofort, und mit extrem hoher Nachweisempfindlichkeit Ergebnisse. PTR-MS steht für Protonen-Tausch-Reaktions-Massenspektrometrie, und bezeichnet ein sanftes Ionisationsverfahren. Dieses Verfahren wurde erstmals zur Bestimmung der biogenen VOC Emissionen in Kooperation mit Wissenschaftler von der Universität Innsbruck und vom National Center of Atmospheric Research (NCAR) in Boulder USA erfolgreich eingesetzt. Die über zwei Jahre jeweils im Sommer durchgeführten Messungen haben bestätigt dass die biogenen VOC Emissionen von Sonnenlicht und Temperatur angetrieben werden. Die Nadelbäume (Ponderosa Pine) emittieren eine Reihe von VOC, die für die Aerosolbildung von großer Bedeutung sind. Nach einem starken Hagelsturm bei dem Äste und Zweige der Nadelbäume abgerissen wurden, konnte mit dem PTR-TOF Verfahren erhöhte Emission von Monoterpenen festgestellt werden. Monoterpene werden von Nadelbäumen produziert und in den Nadeln und Ästen gespeichert. Der Hagelsturm hat durch die Beschädigung der Bäume die Monoterpenspeicher verletzt und so gelangten diese Stoffe in großer Menge in die Atmosphäre. Diese erhöhten Monoterpen Emissionen konnten über mehrere Tage nach dem Hagelsturm erstmals beobachtet und eingehend analysiert werden.