Techniklexikon

atmosphärische Aerosole

Suspensionen von flüssigen und festen Partikeln in der Luft werden als atmosphärische Aerosole bezeichnet. Sie entstehen sowohl durch direkten Eintrag in die Atmosphäre (z.B. Bodenabrieb, Bildung an der Meeresoberfläche) als auch direkt in der Atmosphäre durch Kondensation (z.B. Wolken). Aerosole können natürlichen Ursprungs sowie von Menschen verursacht sein. Ihre Grösse liegt zwischen einigen Nanometern und etwa 100mm.

Aerosole haben einen grossen Einfluss auf viele atmosphärische Prozesse. Aufgrund ihrer radiativen Eigenschaften spielen sie eine wichtige Rolle im atmosphärischen Strahlungshaushalt. Als bekanntes Beispiel hierfür sei die häufig beobachtete Abkühlung der Atmosphäre aufgrund erhöhter Reflexion solarer Strahlung an Aerosolen nach starken Vulkanausbrüchen genannt. Als Kondensationskeime bestimmen kleine Aerosolteilchen massgeblich die Bildung von Wolken und Niederschlag. Innerhalb von flüssigen Partikeln sowie an ihrer Oberfläche können vielfältige und oftmals sehr effektive chemische Reaktionen ablaufen, die entscheidend in die atmosphärische Chemie eingreifen (Ozonloch). Schliesslich begrenzen sie häufig die Sichtweite in der Atmosphäre.

Die Entfernung der Aerosole aus der Luft geschieht durch trockene und nasse Deposition. Trockene Deposition wird durch den Kontakt mit Oberflächen bewirkt und ist am effektivsten für sehr kleine sowie sehr grosse Partikel. Deshalb verschiebt sich bei Aerosolen mit grosser atmosphärischer Verweildauer das Maximum des Grössenspektrums zu mittleren Partikelgrössen ( » 0,1-1mm). Als nasse Deposition wird das Auswaschen von Aerosolen durch Niederschlag bezeichnet. Generell nimmt die Lebensdauer der Aerosole mit der Höhe aufgrund abnehmender Niederschlagswahrscheinlichkeit zu. Typische mittlere Lebensdauern in der Troposphäre liegen bei etwa einer Woche.

In der Stratosphäre wurde in etwa 17-25km Höhe ein Maximum der Aerosolkonzentration, die sogenannte Junge-Schicht beobachtet. Diese stratosphärischen Aerosole bestehen aus Schwefelsäure (H₂SO₄) und werden in der Stratosphäre aus gasförmigem SO₂ gebildet. Sie haben Lebensdauern von einigen Monaten bis zu Jahren. Bei sehr niedrigen stratosphärischen Temperaturen kann es an den Sulfatpartikeln insbesondere zur Bildung von polaren stratosphärischen Wolken kommen, welche hauptsächlich aus Salpetersäure (HNO₃) und Wassereis bestehen. Diese stratosphärischen Partikel sind für die Ozonchemie und insbesondere für die Entstehung des Ozonlochs von grosser Bedeutung. In der Troposphäre über den offenen Ozeanen werden Aerosole ausser aus Seesalz vor allem auch aus den Abbauprodukten des von Algen emittiertem Dimethylsulfid (DMS) gebildet. Die aus den Oxidationsprodukten von DMS, Schwefelsäure und Methansulfonsäure (MSA, englisch: methanesulfonic acid), bestehenden Aerosole fungieren als Kondensationskeime und haben somit einen grossen Einfluss auf die Wolkenbildung. [TW2]