Verteilung von Chlorid zwischen atmosphärischer Partikel- und Gasphase - ein Beitrag zur Chlorentgasung von Seesalz
Final Report Abstract
Die an der maritimen Station Mace Head ankommenden, ausschließlich vom Nordatlantik geprägten Luftmassen (Reinluftsektor) weisen bereits im Mittel einen Cl-Verlust von ca. 20% auf. Wir führen ihn im Wesentlichen auf die Säurebildung bei der heterogenen Sulfatbildung im Seesalzaerosol (SSA) zurück. Der Cl-Verlust ist an der kontinentalen Station Melpitz in allen Luftmassen wesentlich größer (im Mittel 83 %) als an der maritimen Station Mace Head, was auf eine zusätzliche, während des Transports von SSA über dem Kontinent ablaufende HCl-Entgasung zurückzuführen ist. Unsere Ergebnisse zeigen eindeutig, dass dieser Prozess im Wesentlichen auf die Absorption von HNO3 an den Partikeln zurückzuführen ist. Während in maritimer Luft an der Station Mace Head eine gute Korrelation zwischen partikulärem Cl und gasförmigem HCl gefunden wird, existiert an der Station Melpitz keine derartige Korrelation. Hingegen wird in Melpitz eine sehr gute Korrelation zwischen gasförmiger HNO3 und HCl gefunden, was eine lokale (!) Gleichgewichtsbeziehung (im Sinne einer Reservoirverteilung) zwischen dem Austausch von Chlorid und Nitrat im Aerosol andeutet. Die hohe Korrelation zwischen gasförmigen und partikelförmigen Cl an der Küstenstation hingegen zeigt, dass es sich um homogene Luftmassen mit einem kontinuierlichen Entgasungsprozess über dem Ozean handelt. Da gasförmiges HCl nur im Mittel 13% des SSA-Cl-Verlustes ausmacht (also absolut Cl „verloren“ gegangen ist), kann als Schlussfolgerung gezogen werden, dass auf dem Transportweg über See gasförmiges HCl trocken abgelagert wurde und damit die atmosphärische Cl-Bilanz negativ wurde. Auch an der Station Melpitz kann gasförmiges HCl nicht den gesamten partikulären Cl-Verlust abdecken (mit 23 % deutlich höher als in Mace Head), so dass auch beim Transport über dem Kontinent HCl stärker abgelagert wird als partikuläres Cl. Bemerkenswerterweise liegen die Konzentrationen an gasförmiger HCl an beiden Stationen in völlig vergleichbarer Größe (50-120 ng m-3), unabhängig vom Cl-Entgasungsgrad des SSA. Die HCl-Entgasung wird offenbar durch Sulfatbildung an kleinen Partikel (< 1 µm) und an größeren Partikeln durch HNO3 (wenn diese Säure vorliegt – was signifikant nur in kontinentalen Luftmassen der Fall ist) bewirkt. Über dem Kontinent (Melpitz) wird ein Teil des gasförmigen HCl offenbar mit NH3 wieder zur Partikelbildung (NH4Cl) im unteren Größenbereich (< 0.1 µm) „genutzt“. Inwieweit zwischen der Partikelbildung von NH4NO3 – welches bekanntlich einen Tagesgang aufweist – und der HCl-Entgasung, die ihr Maximum mit dem Tagesmaximum von HNO3 zeigt, auch ein enger Zusammenhang besteht, konnte in diesem Projekt nicht gezeigt werden, kann aber stark vermutet werden. Insgesamt muss man auf der Basis unserer Messergebnisse davon ausgehen, dass die globale HCl-Bildung aus SSA wesentlich höher ist als die bis jetzt (Global Emissions Inventory Activity (GEIA); Erickson III et al. 1999) angenommenen 7,6 Tg a-1.
Publications
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(2008) Chlorine-phase partitioning at Melpitz near Leipzig. In: Nucleation and Atmospheric Aerosols, edited by C. D. O´Dowd and P. Wagner, 17th Int. Conference, Galway, Ireland 2007, Springer Netherlands, pp. 654-658
Möller D., Acker, K.
