INUIT Research Unit

In der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierten Forschergruppe INUIT (Ice Nuclei research UnIT) untersuchen wir mit unseren beiden INP-Meßverfahren FINCH und FRIDGE die heterogene Bildung von Wolkeneis an Aerosolpartikeln. Dazu messen wir mit FINCH und FRIDGE gemeinsam mit anderen Labors die Eisbildung in der Atmosphäre sowie im Labor an verschiedenen charakteristischen Teststäuben.  

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Feldmessungen am Storm Peak Laboratory, Colorado, am Cyprus Atmospheric Observatory und an der Forschungsstation Jungfraujoch, Schweiz (Abb. A) untersuchen die Eisbildung an natürlichem Aerosol in sehr unterschiedlichen atmosphärischen Umgebungen. Dabei beobachten wir, daß die mit FRIDGE gemessenen Konzentrationen jener INP, die im Immersionsmode aktiv sind, meist parallel zur Konzentration der Depositions-/Kondensations-INP verläuft (Abb. E), vermutlich weil identische Partikel in beiden Moden aktiv sind.

In einer Kooperation mit der Universität Göteborg, Schweden, wurde die Emission eisnukleirender Partikel (INP) durch Ozeanschiffe untersucht. Dazu wurden mit FRIDGE Luftproben aus den Rauchfahnen von Schiffen in der Hafeneifahrt von Göteborg analysiert (Abb. B). In den Abgasfahnen wurde eine signifikante Erhöhung der INP-Konzentration über den background beobachtet. Der zu erwartende Anstieg des Schiffsverkehrs in dem zunehmend eisfreien arktischen Ozean bedarf weiterer Beobachtung von atmosphärischen INP dort.  

 

Abb.  A: Die Hochalpine Forschunsstation Jungfraujoch ist eine bevorzugte Platform unserer INP-Messungen.

Abb. B: Ozeanschiffe emittieren eisnukleirende Partikel. Die INP-Belastung des arktischen Ozeans muss beobachtet werden.

Mit FRIDGE wurde im August/September 2015 die Konzentration und chemische Zusammensetzung der eisnukleirenden Partikel an der Global Atmosphere Watch Station am Mount Kenya (3678 m. ü. NN;  0°9’S, Abb. C) gemessen (Kooperation mit Univ. Göteborg). Die INP-Konzentration in der Südhemisphäre unterschied sich nur wenig von der an anderen Orten (Abb. D) und war nur wenig durch Savannenfeuer beeinflusst. Der höchste Anteil der INP relativ zur Gesamtzahl der Aerosolpartikel (die “aktivierte Fraktion”) wurde in rein südhemisphärischen Lufmassen aus der freien Troposphäre beobachtet. Elektronenmikroskopische Messungen von einzelnen einukleirenden Partikeln in den Proben (in Zusammenarbeit mit der TU Darmstadt) ergeben, daß die INP meist zwischen 0.5-1.5 µm groß sind und vorwiegend aus Alumosilikaten bestehen.    

Abb. C: Am 3678 m hohen Observatorium am Mt. Kenya wurden INP in der freien Tropospäre der Südhemisphäre gemessen.

Abb. D: Messungen mit FRIDGE an sehr unterschiedlichen Orten beider Hemisphären zeigen eine überraschend geringe Variabilität der Konzentration von INP.

In mehreren Laborexperimenten gemeinsam mit anderen Labors untersuchten  FINCH und FRIDGE die Eisnukleationseigenschaften einer Vielzahl von für die Atmosphäre charakteristischen Modellaerosolen wie z.B. von Staub- und Bodenproben der Kontinente, Mineralien wie Illit und Feldspat, bakteriellen Fragmenten, und Zellulose als Surrogat für Pflanzenabriebmaterial.

Die kritische Überprüfung und der Vergleich mit unabhängigen Messverfahren sind von besonderer Bedeutung, da die verschiedenen INP-Verfahren teils unterschiedliche Nukleationsmoden und -bedingungen ansprechen. Diesem methodischen Aspekt wird beträchtliche monatelange Aufmerksamkeit gewidmet, wie z.B. im 5. Internationalen Workshop über Eisnukleation von 2015 / 2016.


Abb. E: Immersions- und Depositions-INP am Jungfraujoch (JFJ) und Storm Peak Laboratory (SPL) sind korreliert.