Spricht man über das ‚Atmosphärische Aerosol’ oder über den ‚Feinstaub’ so denkt man derzeit meist an Auswirkungen von Aerosolteilchen auf das Klima, oder die Überschreitung des Grenzwertes für Feinstaub (PM10) gemäß des Immissionsschutzgesetzes und damit verbunden den direkte Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Die Aerosolmessungen am Sonnblick beschäftigen sich mit beiden Themenkreisen.

Aerosolpartikel beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde über den ‚direkten’ und den ‚indirekten’ Effekt. Beim ‚direkten Effekt’ tragen Aerosolpartikel durch Rückstreuung des einfallenden Sonnenlichts zu einer Kühlung, durch Absorption der einfallenden Strahlung aber zur weiteren Erwärmung der Atmosphäre bei. Chemische Zusammensetzung und physikalische Parameter wie die Größenverteilung der Aerosolpartikel entscheiden darüber welcher Prozeß überwiegt.

Die Grundlage des indirekten Effektes, die Wolkenbildung ist auch in einer weiteren Hinsicht von Interesse. Wolken sind eine Schlüsselkomponente im Wasserkreislauf. Regen und Schnee bringen nicht nur ‚sauberes’ Wasser wieder zurück auf die Erde. Die Atmosphäre wird durch den Niederschlag gereinigt – die Erde und mit ihr der Mensch bekommt Emissionen zurück. Die Zusammensetzung des Niederschlags (nasse Deposition) ist durch Auswascheffekte bei und nach der Wolkenbildung und damit von der Konzentration partikulärer und gasförmiger Luftinhaltsstoffe am Ort der Entstehung der Wolken abhängig.  Die Forschung zu den Themen ‚Aerosol und Klima’ und ‚Stoffeintrag durch nasse Deposition’ ist ein Zusammenspiel von Modellrechnungen und experimentellen Untersuchungen. Zur Beurteilung der Auswirkung der Aerosolpartikel auf das Klima oder zum Eintrag einzelner Luftinhaltsstoffe durch Deposition sind Modellrechnungen unbedingt erforderlich. Gleichzeitig verlangen diese Modelle Messungen zur Validierung der berechneten Konzentrationsfelder oder zur Parameterisierung der physikalisch-chemischen Prozesse in der Atmosphäre – und dafür ist das Observatorium am Sonnblick optimal geeignet. Bergstationen stellen einzigartige Meßplattformen für luftchemische Messungen in der freien und mittleren Troposphäre dar – zum Beispiel zur Untersuchung der Wolkenbildung oder zur Erfassung der Konzentration und Zusammensetzung der partikulären und gasförmigen Luftinhaltsstoffe als großräumig wirksame Vorbelastung.

    

Die Überschreitungen des TMW Kriteriums für PM10 gemäß IG-Luft an einer Vielzahl der österreichischen Meßstellen ist ein sehr aktuelles Thema. Der Blick in die Zukunft läßt keine unmittelbare Änderung dieser Situation erwarten, zumal die Anzahl der zulässigen Überschreitungen in den nächsten Jahren weiter abnimmt. Entsprechend werden national und international Untersuchungen durchgeführt um die Prozesse, die zu den Grenzwertüberschreitungen führen, zu erfassen und ihnen schießlich entgegenzuwirken. Die Meßstelle Sonnblick stellt eine Hintergrundmeßstelle in 3 km Höhe ‚über’ Österreich dar und wir können aufgrund der allgemeinen Erfahrung davon ausgehen, dass an diesem Meßpunkt für die Aerosolmasse keine Überschreitung des Grenzwertes zu erwarten ist. Maximale Belastungswerte werden im urbanen Gebiet bestimmt, doch ist die Hintergrundbelastung abseits der Metropolen nicht zu vernachlässigen. Das atmosphärische Aerosol hat eine mittlere Verweilzeit in der Atmosphäre von 3 bis 5 Tagen und kann in dieser Zeit mehrere 100 km weit transportiert werden. Messung und Theorie weisen somit darauf hin, dass erhöhte Konzentrationswerte für PM10 sehr oft kein lokales Problem sind. Um keinen falschen Eindruck zu erwecken, möchten wir nochmals hervorheben, daß für den Sonnblick keine Überschreitung des Grenzwertes zu erwarten ist! Die Bestimmung der Aerosolmasse und einer chemischen Massenbilanz wäre allerdings eine äußerst interessante Informationen, um ein besseres Verständnis über die Hintergrundbelastung und Ferntransporte zu bekommen.   

Die derzeit laufenden Messungen sind eine Fortsetzung der in den Jahren 1991-1993 und 2002–2005 durchgeführten Aerosolmessungen und werden in Kooperation mit dem Amt der Salzburger Landesregierung und der Wetterdienststelle Salzburg durchgeführt.  Dabei wird in diesem Projekt durch die Umstellung auf eine Probenahme mit definiertem Vorabscheider und die Erweiterung des Meßprogrammes (bisher wurde keine gravimetrische Auswertung durchgeführt und die chemische Analyse beschränkte sich auf wasserlösliche Anionen und Kationen) eine wesentliche Verbesserung des Meßansatzes erreicht.

Seit Novenber 2005 werden am Sonnblick Observatorium mit einem Digitel HiVOl Sammler PM10 Aerosolproben (Wochenproben) gesammelt und diese gravimetrisch sowie chemisch analysiert. Die chemische Analyse erfaßt folgende Komponenten:

• wasserlösliche Anionen (Sulfat, Nitrat und Chlorid, sowie ausgewählte organische Säuren) und Kationen (Ammonium, Calzium, Magnesium, Natrium und Kalium)
• Gesamtkohlenstoff (TC) sowie dessen Unterteilung in Elementaren Kohlenstoff (EC) und Organischen Kohlenstoff (OC)
•  eine detailliertere Charakterisierung der Kohlenstofffraktionen ausgewählter Proben mittels Thermogrammen (an einigen ausgewählten Proben, zumindest 2 pro Jahreszeit)
• Cellulose und Levoglucosan (an einigen ausgewählten Proben, zumindest 4 pro Jahreszeit) 

Die Auswertungen sind auf zwei Themenkreise ausgerichtet:

•  die Auswirkungen von Aerosolteilchen auf die Zusammensetzung und Bildung des Niederschlags (Nasse Deposition)
•  die Zusammensetzung des Hintergrundaerosols im Vergleich zu der Zusammensetzung stark belasteter Aerosolproben in ländlichen und urbanen Gebieten 

ad Aerosol und Nasse Deposition (Schnee)

Aus dem Vergleich von Aerosolmessungen und den ebenfalls am Sonnblick Observatorium durchgeführten Messungen der Inhaltsstoffe der Nassen Deposition können Auswaschkoeffizienten (Scavenging Ratios) berechnet werden. Diese sind für Modellrechnungen zur Zusammensetzung der Nassen Deposition und damit der Schneedecke wichtig. Sind die Scavenging Ratios der einzelnen Komponenten bekannt, so kann aus Aerosolmessungen auf die Zusammensetzung des Niederschlags geschlossen werden. So modelliert beispielsweise das Depositionsmodell von EMEP (Co-operative programme for monitoring and evaluation of the long-range transmissions of air pollutants in Europe) den Stoffeintrag durch Nasse Deposition über Scavenging Ratios. Am Sonnblick Observatorium werden die Aerosolkonzentration und die Inhaltsstoffe des Niederschlags in Wolkenhöhe bestimmt. Dadurch sind die daraus berechneten Scavenging Parameter von Prozessen die unterhalb der Wolken stattfinden unabhängig. In Bodennähe lokal erhöhte Aerosolkonzentrationswerte haben keinen Einfluß auf die Scavenging Ratios. Gleichzeitig können über die Bestimmung des Auswaschverhaltens der einzelnen Komponenten auch Informationen zum Beitrag der einzelnen Aerosolbestandteile zur Wolkenbildung erhalten werden. Diese Scavenging-Parameter sind für Modellrechnungen in Klimamodellen notwendig.   

 

ad Zusammensetzung des Hintergrundaerosols:

Die Meßstelle Sonnblick stellt eine Hintergrundmeßstelle in 3 km Höhe 'über' Österreich dar und wir können sicher davon ausgehen, dass an diesem Meßpunkt keine Überschreitung des TMW Kriteriums für PM10 gemäß IG-Luft auftritt. Trotzdem ist die Bestimmung einer chemische Massenbilanz des atmosphärischen Aerosols auch am Sonnblick interessant. Bei einer mittleren Verweilzeit in der Atmosphäre von 3 bis 5 Tagen kann das Aerosol mehrere 100 km weit transportiert werden. Das weist darauf hin, dass eine erhöhte Aerosolbelastung nicht ausschließlich ein lokales Problem sein muß. Die Kenntnis der Aerosolmasse und einer zumindest einfachen chemischen Massenbilanz der wöchentlichen Aerosolproben am Sonnblick zeigt, welche Komponenten großräumig über Österreich vorhanden sind, bzw. transportiert werden.   

 

 

Ansprechpartner:

Christian Effenberger, TU-Wien, Institut für Chemische Technologien und Analytik

Anne Kasper-Giebl, TU-Wien, Institut für Chemische Technologien und Analytik