Aerosole

  Hausarbeit Aerosole  

  Inhaltsverzeichnis  

1.  Einleitung  4

2.  Aerosolquellen  5

2.1  Primäraerosole bzw Dispersionsaerosole  6

2.2  Sekundäraerosole bzw Nukleationsaerosole  8

2.3  Anteile natürlicher und anthropogener Quellen  10

3.  Größenverteilung  11

4.  Chemische Zusammensetzung  13

5.  Lebenslauf Troposphärischer Aerosole Senken  14

5.1  Umwandlungsprozesse  14

5.2  Senken  16

5.3  Lebensdauer  17

5.4  Partikeltransport  18

6.  Klimawirkung  20

6.1  Indirekter Klimaeffekt  20

6.2  Direkter Klimaeffekt  22

6.3  Quantifizierung der Effekte  23

7.  Einfluss auf die Gesundheit  24

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  Abbildungsverzeichnis  

  Abbildung 1 Teilchendurchmesser einiger Partikel  4

  Abbildung 2 Rußpartikel  5

  Abbildung 3 Tröpfchenbildung beim Zerplatzen von Meerwasserblasen  6

  Abbildung 4 Globale Seesalz-Quellstärken in kg km 2 hr 1  6

  Abbildung 5 Quellstärken von Mineralstaub in kg km 2 hr 1  7

  Abbildung 6 Sulfataerosole  9

  Abbildung 7 Quellstärken anthropogener Sulfataerosole in kg km 2 hr 1  9

  Abbildung 8 Quellstärken natürlicher Sulfat-aerosole in kg km 2 hr 1  10

  Abbildung 9 Trimodales Volumenspektrum (Whitby Spektrum)  12

  Abbildung 10 Seesalzaerosole unter dem Polarisationsmikroskop  13

  Abbildung 11 Typische Zusammensetzung eines feinen kontinentalen  

  Aerosols  13

  Abbildung 12 Umwandlungsprozesse von troposphärischen Aerosolen  14

  Abbildung 13 Depositionsgeschwindigkeit von Partikeln auf Gras  

  Feldmessungen aus versch Experimenten  16

  Abbildung 14 Lebenszeit von Aerosolen in Abhängigkeit der Partikelgröße  

  für verschiedene Verlustprozesse  18

  Abbildung 15 Teilchenzahldichte als Funktion der Höhe  19

  Abbildung 16 Ship Tracks  21

  Abbildung 17 Strahlungsantrieb durch Spurengase und Aerosole  23

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1. Einleitung

Aerosol bedeutet wörtlich übersetzt „in Luft gelöst“ (aus dem griech. oder lat. aer = Luft und sole = Lösung). 1 Streng genommen bezeichnet es ein Trägerfluid mit darin suspendierten Partikeln. In der wissenschaftlichen Literatur wird der Begriff „Aerosol“ jedoch meist gleichbedeutend mit den Partikeln verwendet, ohne das Trägergas mit einzuschließen. 2 Die Teilchen haben einen Durchmesser von etwa 10 -2 bis 10 2 µm und können sowohl fest als auch flüssig sein. Typische Aerosole sind z.B. Seesalzkerne aus

und Konzentration der Partikel. Da sie als Kondensationskerne für die Wolkenbildung verantwortlich sind (indirekter Klimaeffekt) und die Atmosphäre trüben (direkter Klimaeffekt), beeinflussen sie den Strahlungshaushalt der Erde und somit auch das Klima. 5 Derzeitige Forschungsergebnisse deuten auf einen dem Treibhauseffekt gegenläufigen, also einen abkühlenden Effekt hin. 6 Auch auf die menschliche Gesundheit üben Aerosole einen Einfluss aus. Je nach Partikelgröße können sie bis in die Lungenalveolen vordringen. 7 Diese Arbeit beschreibt den Lebenslauf und die Eigenschaften der Aerosole sowie ihre Einflussnahme auf das Klima und die menschliche Gesundheit. Vgl. Claus Bliefert, Umweltchemie, 3.Auflage 2002, S.225.

1

Vgl. Nicole Riemer, Numerische Simulation zur Wirkung des Aerosols auf die

2

Troposphärische Chemie und die Sichtweite,2002, S.7.

Vgl. Claus Bliefert, Umweltchemie, 3.Auflage 2002, S.225.

3

Vgl. Spektrum der Wissenschaft, April 1994, Sulfat-Aerosole und Klimawandel, S.46-53.

4

Vgl. Claus Bliefert, Umweltchemie, 3.Auflage 2002, S.225/226.

5

Vgl. Spektrum der Wissenschaft, April 1994, Sulfat-Aerosole und Klimawandel, S.46-53.

6

Vgl. http://aerosolforschung.web.psi.ch/Was_Page/Was_Page.htm, 27.03.04.

7

4

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2. Aerosolquellen

Grundsätzlich lassen sich zwei verschiedene Aerosolklassen unterscheiden.

Die Primärpartikel, auch Dispersionsaerosole genannt, werden direkt in die

Atmosphäre emittiert. Zu ihnen gehören Mineralstaub, Seesalz und

Partikel, die als Folge von Verbrennungsvorgängen entstehen, wie z.B.

Rußpartikel (siehe Abbildung 2). 8 Sekundärpartikel, auch

Nukleationsaerosole genannt, werden aus Vorläufersubstanzen in der

Gasphase durch homogene Nukleation gebildet. 9 Dieser Vorgang wird

häufig auch als „gas to particle conversion“ bezeichnet. 10 Solche

sekundären Aerosole enthalten oft Ammonium-, Sulfat- oder Nitrat-Ionen

in Form von Salzen und Säuren. 11 Beide Aerosoltypen werden sowohl

natürlich als auch anthropogen emittiert.

Vgl. Nicole Riemer, Numerische Simulation zur Wirkung des Aerosols auf die

8

Troposphärische Chemie und die Sichtweite,2002, S.11.

Vgl. Claus Bliefert, Umweltchemie, 3.Auflage 2002, S.229.

9

Vgl. Ruprecht Jaenicke, Atmosphärische Spurenstoffe, 1987, S.323.

10

Vgl. Claus Bliefert, Umweltchemie, 3.Auflage 2002, S.229.

11

5

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2.1 Primäraerosole bzw. Dispersionsaerosole

Die bedeutendste Quelle für natürliche Dispersionsaerosole ist das Meer. 12 Die so genannten Seesalzaerosole entstehen durch das Zerplatzen von Gasbläschen, welche sich bei Windgeschwindigkeiten von mehr als 3 m/s in den Wellenkämmen

Luft auf etwa die Hälfte ihres ursprünglichen Durchmessers ein (siehe Abbildung 3). Abbildung 4 zeigt eine grafische Darstellung der globalen Seesalzquellen.

Claus Bliefert, Umweltchemie, 3.Auflage 2002, S.227.

12

6

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Der natürliche Primäraerosoleintrag der Landmassen resultiert vorwiegend aus der Aufwirbelung fester Teilchen duch den Wind. Die Windkräfte bewegen die Partikel dabei tangential zur Erdoberfläche, wodurch die Adhäsionskräfte reduziert werden. Stöße mit den Unebenheiten des Untergrunds verleihen den Partikeln den nötigen Vertikalimpuls, um vom Boden weggetragen zu werden. 13 Dieser Prozess stellt die zweitwichtigste direkte Aerosolemission dar. Die bedeutendsten Quellen für diesen Staub aus mineralischen Bestandteilen sind Wüsten und wüstenähnliche Gebiete, die jährlich etwa 200 bis 500 · 10 6 t Mineralstaub in die Atmosphäre abgeben (siehe Abbildung 5). Die mittlere Zusammensetzung dieser Aerosolteilchen entspricht der der Erdkruste. Der zum atmosphärischen Hintergrundaerosol gehörende Mineralstaub (Teilchenkonzentration 300 cm -3 ) ist ubiquitär und selbst in Reinluftgebieten anzutreffen. 14 Weitere natürlich emittierte Partikel sind die biogenen Aerosole. Zu ihnen gehören Bakterien, Pilze, Viren, Algen Pollen, Sporen usw. Ihre Rolle im Klimasystem ist jedoch bis heute mangels ausreichender Daten nicht genügend quantifizierbar. Buschfeuer und Vulkane sind ebenfalls als Quellen zu nennen. Vulkane stoßen sowohl Primäraerosole in Form von Rußpartikeln, als auch Vorläufergase von Sekundäraerosolen wie SO2 aus (siehe auch Kap. 2.2), die bis in die Stratosphäre gelangen können. 15

Vgl. Walter Roedel, Physik unserer Umwelt: Die Atmosphäre, 1992, S.374-376.

13

Vgl. Claus Bliefert, Umweltchemie, 3.Auflage 2002, S.227.

14

Vgl. IPCC, Climate Change 2001: The Scientific Basis, 2001, S.300.

15

7