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Schadstoffe : Die Waschkraft der Atmosphäre

Mission über dem Bodensee: der Messzeppelin Bild: picture-alliance/ dpa

Über Süddeutschland ist zurzeit ein Zeppelin in ungewöhnlicher Mission unterwegs: Atmosphärenforscher messen aus der Luft die Konzentration, den Transport und den Abbau von Schadstoffen und Spurengasen in untersten Atmosphärenschichten.

          In einer eher ungewöhnlichen Mission wird von diesem Montag an zehn Tage lang ein Zeppelin über dem süddeutschen Raum kreisen. Mit dem 75 Meter langen Luftschiff wollen deutsche Atmosphärenforscher die Konzentration, den Transport und den Abbau von Schadstoffen und Spurengasen in der untersten Schicht der Atmosphäre genauer untersuchen. In dieser chemisch recht aktiven Region sind die maßgeblichen atmosphärischen Prozesse noch immer nur lückenhaft bekannt, gab es bisher doch keine geeignete Messplattform zur Erkundung der Luftschichten bis in eine Höhe von tausend Metern.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Die Wissenschaftler unter der Leitung von Andreas Wahner vom Forschungszentrum Jülich nutzen für ihre Messungen zum ersten Mal die besonderen Flugeigenschaften des Zeppelin NT (NT steht für Neue Technologie) aus Friedrichshafen. Das mit Helium gefüllte Luftschiff kann in geringen Höhen langsam schweben, jederzeit in der Luft anhalten, vertikal wie ein Hubschrauber auf- und absteigen sowie bis zu 24 Stunden fliegen und dabei eine Tonne Material mit sich führen. Darüber hinaus ist es in der Lage, mit den zu untersuchenden Luftmassen zu fliegen.

          Beschaffenheit der Aerosole bestimmen

          Die Wissenschaftler wollen in den kommenden Tagen eine Reihe von Substanzen nachweisen, deren Konzentration sowie Verteilung messen und damit Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre gewinnen. Man interessiert sich besonders für die Hydroxylradikale, auch als das „Waschmittel der Atmosphäre“ bezeichnet. Diese aus Sauerstoff und Wasserstoff bestehenden Moleküle leiten den Abbau der meisten Schadstoffe ein und sind somit ein Maß für die Reinigungskraft der Atmosphäre.

          Mehr Informationen erhofft man sich in diesem Zusammenhang über die wichtigsten photochemisch aktiven Spurenstoffe, die bei der Bildung und dem Abbau der Hydroxyl-Radikale eine Rolle spielen - Ozon, Stickoxide, salpetrige Säure und flüchtige organische Moleküle. Ein weiteres Forschungsfeld sind die sogenannten Aerosole, maßgeblich Staub-, Sand- und Rußteilchen in der Größenordnung von zehn Nanometern bis einem Mikrometer. Diese Teilchen sind nicht nur als Kondensationskeime für die Wolkenbildung verantwortlich. An ihrer Oberfläche laufen auch viele wichtige chemische Reaktionen ab. Wahner und seine Kollegen wollen die Beschaffenheit, Größenverteilung und Konzentration der Aerosole bestimmen.

          350 Kilogramm an Gerätschaft unter der Gondel

          Der Zeppelin, der von Friedrichshafen aus üblicherweise zu Ausflugstouren rund um den Bodensee startet, ist in der Nacht zum Montag umgerüstet worden. Das Luftschiff der ZLT Zeppelin-Luftschifftechnik in Friedrichshafen ist das einzige in der Welt, das derzeit Passagiere befördert. Statt der zwölf Sitze befinden sich in der Gondel nun eine Reihe zum Teil vollautomatischer Messinstrumente, darunter Chromatographen und Massenspektrometer für den Nachweis und die Vermessung der verschiedenen Gasmoleküle und Schwebeteilchen.

          Weitere 350 Kilogramm an Gerätschaft - darunter ein empfindliches Fluoreszenz-Spektrometer mit einem Laser für ultraviolette Strahlung - sind auf einer speziellen Plattform oben auf dem Zeppelin montiert. Sie dienen dem empfindlichen Nachweis der Hydroxylradikale, die nur in geringer Konzentration auftreten. Am Bug der Gondel befindet sich eine Messspitze, die Druck, Temperatur und Feuchtigkeit der Luft erfasst. Neben dem Piloten ist aus Gewichtsgründen nur ein einziger Wissenschaftler an Bord, der die Messinstrumente überwacht.

          Mit der Abluftfahne unterwegs

          Verläuft alles nach Plan, wird der Zeppelin bis Mittwoch im Raum Bodensee kreisen. Nach einer Testphase will man vor allem die vertikale Verteilung der Spurengase, Hydroxyle und Aerosole über dem Bodensee und örtlichen Waldgebieten aufnehmen. Am Donnerstag erfolgt dann die Verlegung nach Karlsruhe, wo man sich für den Rest der verbleibenden Zeit über ein dichter besiedeltes Gebiet begibt. Dort plant man unter anderem, mit einer Abluftfahne aus dem Ballungsraum Mannheim-Ludwigshafen zu fliegen und die Umwandlung der Spurengase zu beobachten.

          Die Jülicher Messungen sind ein Teil des Projekts der Helmholtz-Gemeinschaft „Transporte und chemische Umsetzungen in konvektiven Systemen“ (Tracks), die mit der internationalen Messkampagne Cops (Convective and Orographically-induced Precipitation Study) verknüpft ist. Cops läuft mit sechs Forschungsflugzeugen seit Anfang Juni über dem Rheintal, dem Schwarzwald, der Schwäbischen Alb sowie den Vogesen und befasst sich mit der lokalen Entwicklung von Regen- und Gewitterwolken und der meteorologischen Ursache der schwer vorhersagbaren konvektiven Niederschlägen.

          Diese plötzlichen und heftigen Regenfälle an heißen Sommertagen sorgen immer wieder für Überschwemmungen und große Sachschäden. Da Regenwolken auch effektive Transportmittel, Mischmaschinen und chemische Reaktoren für eine Vielzahl von Spurenstoffen sind, tauschen Wahner und seine Mitarbeiter ihre Messergebnisse mit den Erkenntnissen der Wissenschaftler von Cops aus.

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