Matrix Isolation von atmosphärischen Nukleationsclustern

Die Atmosphäre ist ein hoch dynamischer Ort. Das zeigt sich nicht nur durch das Wetter und seine Turbulenzen und Wechselhaftigkeit, sondern auch durch die Prozesse, die auf der mikroskopischen Ebene in der Luft ablaufen. Luft besteht zwar zum größten Teil aus Stick- und Sauerstoff, jedoch gibt es auch einige Spurengase in unserer Atmosphäre, die eine ganz besondere Eigenschaft haben: Sie kleben gut zusammen. Findet ein solches Gasmolekül ein zweites, haften sie aneinander und bilden ein molekulares Cluster. Weitere Moleküle kommen hinzu und in der Luft entsteht in diesem dynamischen Prozess ein neues Teilchen, nur ca. ein Nanometer klein, aber mit großer Wirkung: Denn die so gebildeten Schwebeteilchen, die sogenannten Aerosole, beeinflussen das Klima und tragen zur Luftverschmutzung bei. Um diesen dynamischen Prozess der Aerosolbildung besser untersuchen zu können, wäre es hilfreich ihn einfach einzufrieren, um ihn dann in aller Ruhe untersuchen zu können. Genau dieser Aufgabe widmet sich das neue FWF-Projekt Matrix Isolation von atmosphärischen Nukleationsclustern an der TU Wien. Die Atmosphärenforschung hat über die letzten zwei Jahrzehnte extreme Fortschritte darin gemacht, die Aerosolbildung besser zu verstehen, und es konnte gezeigt werden, dass neben der wichtigen Schwefelsäure auch organische Substanzen entscheidend für die schnelle Bildung molekularer Cluster sein können. Die gesamte Messtechnik in dem Bereich beruht aber nahezu ausschließlich auf Massenspektrometrie. Damit lässt sich zwar die chemische Zusammensetzung der beteiligten Moleküle bestimmen, aber weder das genaue Ablaufen der chemischen Bindungsvorgänge messen noch die beteiligten Substanzen eineindeutig identifizieren. Das Forscherteam an der TU Wien mit Beteiligung der Universität Wien will nun Infrarotlicht dazu nutzen, um das Clustern zu beobachten. Diese Methode ist zwar nicht neu, wurde aber noch nie auf das Themengebiet der atmosphärischen Aerosolbildung angewandt, da diese Prozesse viel zu dynamisch sind. Deshalb wird in dem vom FWF geförderten Projekt der Vorgang in ein Edelgas wie Argon oder Neon eingefroren, und das bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Dabei soll dann der Frage nachgegangen werden inwiefern organische Moleküle, das erste Zusammenballen der Molekülhaufen beeinflussen. Zusammen mit theoretischen Berechnungen aus der Quantenchemie soll somit ein besseres Verständnis der Aerosolbildung erreicht werden. Dies soll schlussendlich Fragen in Bezug auf die Rolle der Aerosolbildung in Klimawandel und Luftqualität besser beantworten.