Die chemische Beschreibung organischer Nanoteilchen

Organische Aerosolteilchen bilden den Großteil des atmosphärischen Aerosols im Größenbereich unter 1 m. Gesundheitsgefährdende Effekte von Teilchen in diesem Größenbereich, sowie deren Strahlungsrelevanz für das Klima führen zu einem erhöhten Interesse, die grundlegenden Prozesse der Teilchenneubildung und -umwandlung zu verstehen. Neben direkter Freisetzung von Teilchen durch Verbrennungsprozesse, Vulkaneruptionen oder Meeresgischt, stellt spontane Teilchenneubildung aus der Gasphase die Hauptquelle fuer organisches Aerosol dar. Dabei können photochemisch umgewandelte biogene Gase durch Nukleation und anschließendes Kondensationwachstum zur Teilchenbildung führen. Die Überlebenswahrscheinlichkeit eines gekeimten Clusters (Molekülansammlung in der Größe von ca. 1 nm) hängt dabei stark von der Wachstumsrate ab. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, die Wachstumsmechanismen der neugebildeten Teilchen zu verstehen und zu quantifizieren. In diesem Projekt werden wir Massenspektrometer verwenden, um die chemische Zusammensetzung von Nanoteilchen mit Größen bis hinunter zu 10 nm zu bestimmen. Dadurch sollen Mechanismen und Molekülarten identifiziert werden, die den Beginn des Wachstums der Nanoteilchen kontrollieren. Dazu sind umfangreiche Messungen am National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder, Colorado, und an einer vom NCAR betriebenen Feldmessstation in den Colorado Rocky Mountains geplant. Mit Hilfe von verschiedenen Messtechniken, wie z. B. Gaschromatographen, Proton-Transfer Reaction Massenspektrometern, cluster-CIMS und Teilchengrößenanalysatoren, planen wir simultane Messungen in der Gas- , Cluster- und Teilchenphase. Die chemische Zusammensetzung der Teilchen wird mit dem thermal desorption chemical ionization mass spectrometer (TDCIMS) bestimmt, welches sensitiv auf Aerosolbeladungen in der Größenordnung von Pikogramm (10-15 kg) ist. Wir erhoffen uns dadurch quantitative Informationen über die Zusammensetzung von Teilchen, die durch Emissionen lebender Bäume bzw. ausgewählter repräsentativer synthetischer Gase entstanden sind. Auf diese Weise können wir untersuchen, wie gut Aerosolmesskammern atmosphärische Teilchenneubildung tatsächlich simulieren können. Das vorliegende Projekt wird entscheidend zum fundamentalen Verständnis der Teilchenneubildung und deren Einfluss auf Wolkenbildung beitragen, sowie aerosolbezogene Unsicherheiten beim Strahlungsantrieb verringern helfen. Ein weiterer Aspekt ist die Vernetzung der österreichischen Forschungsgemeinschaft mit einem weltführenden Forschungsinstitut auf dem Gebiet der Atmosphärenforschung.