Forschung

Forschungsschwerpunkte

Forschungsschwerpunkte des Arbeitsgebietes sind zur Zeit Mineralstaub im Geosystem, optische Eigenschaften von Stäuben sowie Entwicklung partikelspezifischer Mess- und Analysetechniken.

Bodenstäube aus den warmen und kalten Wüsten sind neben Seesalz der Hauptbestandteil der Masse der atmosphärischen Aerosolpartikel. Sie beeinflussen das Klima durch Umverteilung der Strahlungsenergie der Sonne und Erde (z. B. Kühlung der Erdoberfläche tagsüber oder Erwärmung nachts, Erwärmung der mittleren Troposphäre durch Absorption) und durch Änderung der Wolkenbildung (Unterdrückung durch Änderung der atmosphärischen Stabilität, aber auch Bereitstellung als große Kondensationskerne und Eiskeime). Mineralstäube transportieren über tausende Kilometer Nährstoffe in der Atmosphäre und können dadurch nährstoffarme Regionen (z. B. küstenferne Oberflächengewässer der Ozeane, tropische Regenwälder) erheblich in ihrer Bilanz beeinflussen – hin zu mehr Wachstum, aber auch zu Artensterben, z. B. durch einseitiges Nährstoffüberangebot, Toxizität oder mittransportierte Mikroben.

Um z. B. die Beeinflussung des globalen Strahlungshaushaltes besser quantifizieren zu können, ist ein genaues Verständnis der Veränderung der Strahlung durch Staubpartikel notwendig. Da diese Partikel allerdings komplex strukturierte Gebilde heterogener Zusammensetzung sind – mit vielen Grenzflächen und schlecht bekannten optischen Eigenschaften –, ist diese Quantifizierung nicht so leicht möglich. Daher werden hierzu aufwändige Partikelmodelle entwickelt, basierend auf detailliertester Untersuchung einzelner Partikel, auf Basis derer dann optische Rechnungen durchgeführt werden.

Bei der Betrachtung des Eintrags von Nährstoffen besteht die Problematik momentan darin, die entsprechenden Flüsse von Staubpartikeln in die Ökosysteme messtechnisch zu erfassen – bezüglich ihrer Quantität, aber auch in ihrer Zusammensetzung. Bisherige Messverfahren weisen hier Unsicherheiten im Bereich von einem Faktor zehn auf und sind üblicherweise nur für die Gesamtmassen geeignet. Daher werden neue Messverfahren entwickelt, die diese Flüsse auf Einzelpartikelebene mit vergleichsweise hoher zeitlicher Auflösung erfassen können. Weiterhin steht auch eine quantitative Erfassung der Zusammensetzung der Staubflüsse im Fokus. Solche Verfahren werden dann eingesetzt, um z. B. an Inselstandorten Einträge von saharischen Stäuben in den Atlantik zu bestimmen.

Für viele Fragestellungen bezüglich des atmosphärischen Aerosols sind die Eigenschaften der einzelnen Partikel von Bedeutung. Daher werden neben der Standardmesstechnik für Aerosolpopulationen am Fachgebiet vor allem Einzelpartikel-Messmethoden eingesetzt. Insbesondere ist hier Elektronenmikroskopie zu nennen, die eine Fülle an Informationen liefern kann. Da sich die Anwendung elektronenmikroskopischer Methoden auf Aerosolpartikel aber von klassischen elektronenmikroskopischen Fragestellungen deutlich unterscheidet (z. B. geringe Größe der Partikel, nicht-Planarität, Volatilität), wird hier Methodenentwicklung bezüglich der Analysemöglichkeiten betrieben, z. B. Prozessautomatisierung, Kopplung unterschiedlicher Methoden oder Bildanalyse. Darüber hinaus werden für die Einzelpartikelanalytik auch spezifische Sammeltechniken benötigt und daher hier entwickelt.