Stabile Metallisotope in atmosphärischen Partikeln als innovatives Verfahren zur Quellenidentifikation in urbanen Räumen: Eine Machbarkeitsstudie in zwei chinesischen Megastädten

• Antragstellerin: Dr. Nina Schleicher
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403804185

Wie die aktuelle Diskussion um das mögliche Verbot von Dieselautos in einigen deutschen Städten zeigt, ist die Verbesserung der Luftqualität in urbanen Räumen aktuell eine der zentralen Herausforderungen. Besonders der Anstieg von partikulären Emissionen und die damit verbundenen hohen Konzentrationen an toxischen Metallen sind besorgniserregend. Die Identifizierung der Quellen dieser Metalle ist bisher nur eingeschränkt möglich, da die aktuell genutzten, statistischen Methoden oft nicht beweiskräftig und zudem teuer sind. Die Anwendung von Isotopenverhältnissen ist in dieser Hinsicht vielversprechend, denn dieses Verfahren ermöglicht ein gezieltes Monitoring von Indikatorelementen. Die Entwicklung einer neuen Generation von Massenspektrometern mit Plasmaquelle hat es ermöglicht, die Isotopenanalytik für die Quellenidentifizierung von Metallen einzusetzen. Gerade Quellen von Kupfer (Cu) und Zink (Zn) in städtischen Aerosolpartikeln könnten mit diesem neuen Isotopenverfahren identifiziert werden, wie neueste Studien andeuten. Eine Arbeitsgruppe am Imperial College London nimmt in diesem Zusammenhang eine Vorreiterrolle ein. Signifikante Isotopenvariationen von Cu und Zn in Aerosolen konnten in aktuellen Arbeiten in verschiedenen Städten aufgezeigt werden. Dabei gibt es starke Hinweise darauf, dass isotopisch sehr schwere und leichte Isotopensignaturen auf industrielle Verbrennung als Quellprozess zurückzuführen sind, während der dazwischenliegende Bereich auf Verkehrsemissionen, wie z.B. Reifen- und Bremsabrieb, hin deuten. Wenn sich diese Beobachtungen bestätigen, dann wird dieses neue Werkzeug zur Quellenidentifizierung es den Stadtplanern ermöglichen, Luftverschmutzung in ihrer Stadt gezielt anzugehen und erfolgreich zu bekämpfen. Eine deutliche Verbesserung der Luftqualität steigert dann langfristig auch die Lebensqualität in urbanen Räumen.Zur Überprüfung dieser Hypothese werde ich als Teil eines Teams am Imperial College die Isotopenzusammensetzung von Aerosolen hinsichtlich Cu und Zn in zwei Megastädten mit deutlich unterschiedlichen Emissionsszenarien charakterisieren. Der Feinstaub in Hong Kong wird von Verkehrsemissionen dominiert, wohingegen Kohleemissionen im Winter und Verkehr im Sommer als Hauptquellen für Aerosole in Peking angesehen werden können. Die Isotopenzusammensetzung dieser Aerosole wird über den Zeitraum von einem Jahr analysiert. Unerlässlich für die Quellidentifizierung ist auch die Charakterisierung der Hauptquellen (Reifen und Bremsen von Autos, Kohleflöze, Emissionen von Metallhütten und anderen Verbrennungsanlagen), was ebenfalls Teil dieses Projektes ist. Zur Unterstützung der Quellenidentifikation werden wir zudem eine detaillierte mineralogische und geochemische Analyse der Aerosolpartikel durchführen. Die berechneten Quellenanteile aus isotopen-basierten und nicht-isotopen-basierten Techniken werden wir im Anschluss kritisch vergleichen und so das Potential dieses neuen Werkzeuges bewerten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Dominik Weiss