Untersuchung der räumlichen Verteilung von Feinstaub leeseitig und in weiter Entfernung zu Kohleminenschächten im Oberschlesischen Kohlerevier (SMUGA)

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Barbara Harm-Altstädter
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553877405

Das Ziel des Forschungsvorhabens SMUGA ist ein besseres Verständnis über die räumliche Verteilung und Größe von Aerosolpartikeln zu erlangen, welche durch den Kohleabbau im Oberschlesischen Kohlebecken, einem der größten Produzenten von Kohle als Energiequelle in Europa, entstehen. Kohlenstaub wird in allen Phasen des Kohleabbauprozesses produziert, so dass Luftschadstoffe, darunter Feinstaub und schwarzer Kohlenstoff (engl. BC), in hohem Maße in die Umgebungsluft emittiert werden. Da die Luftschadstoffe negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt ausüben, und auch den Strahlungshaushalt der Erde stark beeinflussen, ist es von besonderer Bedeutung, grundlegende Analysen zur räumlichen Variabilität der Emissionen durchzuführen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt existieren große Wissenslücken in Bezug auf den Grad der Luftverschmutzung in Abhängigkeit von der Anzahl und Größenverteilung der Aerosolpartikel und deren Wechselwirkung auf den Strahlungshaushalt, im Besonderen in der Nähe zu Lüftungsschächten von Untertagebauanlagen und in größerer Entfernung von diesen Quellgebieten. Noch weniger untersucht ist dies in der atmosphärischen Grenzschicht (AGS), die durch Turbulenz geprägt ist, welche die Form, den Transport und die Vermischung der Luftschadstoffe beeinflusst. Diese Forschungsdefizite sind auf das Fehlen geeigneter Messsysteme zurückzuführen. Die hier angewandte Methode nutzt einen einzigartigen Datensatz, welcher mit der helikoptergestützten Messplattform HELiPOD gewonnen wurde. Sie ermöglicht die Untersuchung von meteorologischen Parametern (Wind, Feuchtigkeit, Temperatur), Strahlungseigenschaften, Spurengasen, bildliche Darstellungen mittels Kameras und Infrarotsensoren zeitgleich mit Beobachtungen von Aerosolpartikeln unterschiedlicher Größe und BC. Mit HELiPOD wurden im Jahr 2022 17 Messflüge im Windschatten von vier verschiedenen Lüftungsschächten und in größerer Entfernung durchgeführt sowie zu unterschiedlichen Tageszeiten und zu zwei verschiedenen Jahreszeiten (Sommer und Herbst). Die Ergebnisse befassen sich mit den Wechselwirkungen zwischen dynamischen Eigenschaften, dem Strahlungshaushalt und der räumlichen Variabilität von Aerosolpartikeln auf verschiedenen Skalen, die von lokalen (einige km²) bis hin zu regionalen (mehrere 10 km²) Prozessen reichen und dringend benötigt werden, um Wissenslücken zu schließen. Dazu werden Flugabschnitte in direkter Nähe zu Lüftungsschächten untersucht, um die lokalen Auswirkungen der Luftschadstoffe zu verstehen, insbesondere im Zusammenhang mit dem vorherrschenden Windfeld. Andere Flugsegmente werden verwendet, um die Stabilität der AGS, den Grad der turbulenten kinetischen Energie, die Aerosol-optische Dicke bei wolkenfreien Bedingungen sowie Korrelationen mit Ozon und der räumlichen Variabilität von Aerosolpartikeln zu ermitteln. Zudem werden horizontale Flüge über unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften analysiert, um zusätzliche Emissionsquellen zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen