Aerosole

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Aerosole

 
Primäre Aerosole sind Partikel, die direkt in die Umwelt emittiert werden, z. B. aus der Bodenerosion oder Getreideernte. Sekundäre Aerosole entstehen dagegen erst in der Atmosphäre. Dabei unterscheidet man zwischen anorganischen und organischen Aerosolen.

Sekundäre anorganische Aerosole

Die Bildung sekundärer anorganischer Aerosole findet sowohl in der Gas- als auch in der Flüssigphase statt:

  • Bildung aus der Gasphase

    Aus gasförmigen Stoffen wie z. B. Ammoniak (NH3), Schwefelsäure (H2SO4) und Wasser (H2O) bilden sich kleine flüssige oder - bei der Bildung von Salzen - feste Aerosole durch homogene Partikelbildung (Nukleation). Schwefeldioxid (SO2) reagiert z. B. nach Oxidation zu Sulfat (SO4 2-) und bildet mit Wasser Schwefelsäure, während aus Ammoniak Ammonium (NH4 +) entsteht. Weitere chemische Reaktionen, z. B. eine gegenseitige Neutralisation unter Bildung von Salzen, können sich anschließen.

    Eine weitere Bildungsmöglichkeit ist die heterogene Nukleation. Ein festes Partikel, etwa 1 nm groß, dient als Kondensationskern. Auf diesem Partikel kondensieren gasförmige Stoffe in die Flüssigphase und bilden einen Flüssigkeitsfilm. Auf der Oberfläche der Partikel können auch chemische Reaktionen stattfinden.

  • Bildung aus der Flüssigphase, z. B. in Wolkentröpfchen

    Durch Verdampfen von Wolkentröpfchen können Substanzen, die darin gelöst waren, Aerosole bilden. Es geschieht auch, dass sich bestehende Aerosole in Wolkentröpfchen lösen, dort mit anderen Substanzen reagieren und durch die Verdunstung des Wolkentröpfchens neue Aerosole mit veränderter Zusammensetzung bilden.


Schematische Darstellung der Entstehung von Ammoniumsulfat

Abbildung: Schematische Darstellung der Entstehung von Ammoniumsulfat - (NH4)2SO4 - in der Atmosphäre.
Quelle: Universität Heidelberg


Sekundäre organische Aerosole

Sekundäre organische Aerosole natürlichen Ursprungs entstehen zum größten Teil aus nicht methanhaltigen flüchtigen organischen Verbindungen (NMVOC) wie z. B. den Terpenen. Diese werden überwiegend von Nadelbäumen emittiert. Diese sekundären organischen Aerosole sind gerade im Winter ein Teil des organischen Kohlenstoffs im Feinstaub PM10. Die nachfolgende Abbildung zeigt die NMVOC-Emissionen in den Monaten Dezember bis März in Baden-Württemberg.

Typische NMVOC-Emissionen in den Monaten von Dezember bis März

Grafik: Typische NMVOC-Emissionen in den Monaten von Dezember bis März in Baden-Württemberg.
Quelle: LUBW


Aus der Holzfeuerung wurden im Jahr 2002 in Baden-Württemberg 2224 Tonnen pro Jahr NMVOC emittiert, unter anderem Terpene inkl. alpha-Pinen, welches ein hohes Bildungspotenzial für organische sekundäre Aerosole hat. Dies waren rund 82 Prozent der gesamten NMVOC-Emissionen der Kleinfeuerungsanlagen pro Jahr. Dieser Anteil entsprach gut 7 Prozent der jährlichen NMVOC-Emissionen aus dem Verkehr. Hierbei ist zu erwähnen, dass die NMVOC-Emissionen aus der Holzfeuerung ein hohes Bildungspotenzial für organische sekundäre Aerosole haben, weil sie langkettig und schwerer flüchtig sind. Die kurzkettigen NMVOC-Emissionen aus dem Ottokraftstoff haben ein geringes Bildungspotenzial. Weitere Quellen für sekundäre organische Aerosole im Feinstaub PM10 sind Dieselfahrzeuge. Das Verhältnis von Ruß (elementarer Kohlenstoff EC) zum organischen Kohlenstoff (OC) liegt beim Dieselmotor bei ca. 1,5.


Weitere Ausführungen im Bericht "Einflussgrößen auf die zeitliche und räumliche Struktur der Feinstaubkonzentrationen"
(LUBW 2007), Abschnitt 3.10:
 

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