Graduiertenschule Leipzig - LGS-CAR

Tröpfchenradius, Anzahldichte von Wolkentröpfchen). Eine Kombination bodengebundener
Messungen soll zu einer detaillierten Charakterisierung des Aerosols, der
Wolkeneigenschaften (Flüssigwasserpfad, Cloud Base Height) und der synoptischen
Bedingungen genutzt werden. An bodengebundenen Messgeräten sollen vor allem ein
passives Mikrowellenradiometer, ein Wolkenradar, sowie ein Wasserdampflidar des IfT
eingesetzt werden. Für diese Kombination von Messgeräten sollen unter Berücksichtigung
der Arbeiten von Feingold et al. (2006) Algorithmen für die Bestimmung von Aerosol- und
Wolkenparametern entwickelt werden.
In Fallstudien mit unterschiedlichen Aerosolbedingungen soll somit deren Einfluss auf den
Tagesgang der Bewölkung untersucht werden, und gleichzeitig andere Einflussfaktoren und
Fehlerquellen wie kleinskalige Variabilität ausgeschlossen werden.
AG4: Heterogene Chemie an modifizierten Mineralstauboberflächen (Abel, Herrmann)
Die heterogene Chemie an Aerosolen und mineralischen Partikeln in der Atmosphäre hat
sich in den letzen Jahren zu einem sehr lebhaften und interessanten interdisziplinären
Forschungsfeld entwickelt.
Insgesamt werden global pro Jahr durch die Wüsten etwa 2 Milliarden Tonnen Staub
freigesetzt. Die Wüstenstaubfahnen absorbieren kurzwellige Sonnenstrahlung und können je
nach optischer Dicke zu Erwärmungen innerhalb der Staubschicht führen. Andererseits
reflektieren sie auch Sonnenlicht in den Weltraum. Aufgrund dieser Verluste durch
Absorption innerhalb der Schicht und Reflektion bekommt die darunter befindliche
Erdoberfläche weniger Sonnenstrahlung, so dass sich dort geringfügige, lokale und zeitlich
begrenzte Abkühlungen ergeben können. Es wird angenommen, dass an der Oberfläche
der Staubpartikel eine Vielzahl von heterogenen chemische Reaktionen ablaufen, die u. a.
Ozon oder H 2 O 2 abbauen oder zur Aufnahme stickstoffhaltiger Spezies wie NO 2 , NO 3 und
N 2 O 5 führen können.
Die Abteilung „Chemie der Atmosphäre“ (Herrmann) am Leibniz-Institut für
Troposphärenforschung und die AG Abel am Wilhelm-Ostwald-Institut für Physikalische und
Theoretische Chemie der Universität Leipzig sind führend in der Detektion, chemischen
Untersuchung und quantitativen Beschreibung troposphärischer Partikel, von Reaktionen in
der Nähe ihrer Grenzflächen (Interfaces) sowie innerhalb der Partikel (sog. „bulk“-
Untersuchungen).
Die folgenden, technologisch anspruchsvollen Experimente sollen in die
atmosphärenchemisch orientierten Arbeiten in der Graduiertenschule eingebracht werden:
Experiment 1: AFM an mineralischen Partikeln und lokale Raman-Spektroskopie (TERS). Mit
dieser Methode können chemische Umsetzungen an Nanopartikeln (auch an Nanopartikeln
mit Eis überzogen) in situ an Grenzflächen gemessen werden.
Experiment 2: Photoelektronenspektroskopie (ESCA) und zeitaufgelöste Reaktionen an
nassen mineralischen Nanopartikeln eingebettet in einen Mikrowasserstrahl (Reaktionen in
der Nähe des Wasser-Interfaces) oder an festen Grenzflächen und Oberflächen (Siefermann
et al. 2010, Link et al. 2009).
Experiment 3: Messung der Kinetik von chemischen Reaktionen in Gegenwart von
mineralischen Nanopartikeln und ohne Anwesenheit von Nanopartikeln mit zeitaufgelösten
spektroskopischen Methoden. Das Einbringen von Nanopartikeln in die Gasphase soll mit a)
Lavaldüsenexpansionen (Vöhringer-Martinez et al. 2007) oder b) Ultraschall erfolgen.
Experiment 4: Untersuchungen zur Aufnahme wichtiger Spurengase an Mineralstaub-Proben
verschiedener Herkunft und an Originalproben atmosphärischen Mineralstaubes vom
Atmosphärenobservatorium auf den Kapverden (CVAO) mittels einer Knudsen-Apparatur.
Vergleich der Aufnahmekoeffizienten für die verschiedenen Substrate. Untersuchung der
Effekte unterschiedlicher Luftfeuchte.
Experiment 5: Mineralstaubexperimente mit beschichteten Partikeln an der Leipziger
Aerosolkammer LEAK, Untersuchung heterogener Konversionen und insbesondere
Umsetzungen in beschichteten und wässrigen Partikeln als Funktion der Luftfeuchte.