Susanne Fuchs vom TROPOS nimmt zusammen mit einer Kollegin Proben des marinen Oberflächenfilms mit der Glasplattentechnik.
Foto: Alfred-Wegener-Institut
Weltweit bedecken Meere und Ozeane unseren Planeten. Ein kleiner mikrometerdünner Oberflächenfilm bedeckt diese. Man denkt, man sei im falschen Film, wenn man nun neueste Forschungsergebnisse dazu recherchiert.
70% der Erdoberfläche werden so nämlich von einem feinen Film bedeckt, der erstaunlichen Einfluß auf das Klima haben könnte und die bestehenden Klimamodelle zur Makulatur werden läßt. Weil viele „Wissenschaftler“ diesen Film nicht in die Berechnungen einbezogen haben, lagen sie auch so oft falsch, wie die unerwartete Entwicklung aktuell zeigt. So sind viele Klimathesen, die auf dem Weltklimagipfel präsentiert wurden, bereits wieder Makulatur.
Man hat nun in diesem Oberflächenfilm das gesundheitsschädliche GLYOXAL festgestellt – aber auch Methylglyoxal !
Die Bedeutung des Methylglyoxals für die Entstehung der diabetischen Nervenerkrankung wurde im Jahr 2012 entdeckt. Methylglyoxal bindet direkt an die schmerzleitenden Nervenbahnen und macht diese überempfindlich. Methylglyoxal ist in Manuka-Honig in messbaren Konzentrationen enthalten.
Beide chemischen Verbindungen sind im Fokus der Wissenschaft seit klar ist, dass sich aus diesen Gasen Partikel bilden, die später als Kondensationskeime für Wolken wirken und so das Klima beeinflussen können.
Eine aktuelle Untersuchung von Forschern der Universität Lyon und dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung um Hartmut Herrmann konnte feststellen, dass in dem Film auch das Spurengas Isopren chemisch synthetisiert wird. Isopren ist die Grundlage der Wolkenbildung. Es ist der Grundbaustein der Terpene, die als Wolkenbildungskeime dienen. Bis zu 3,5 Megatonnen des Gases stammen vermutlich aus dem Oberflächenfilm.
Isopren ist nur von geringer akuter Toxizität: Der orale LD50-Wert für Ratten ist >2000 mg/kg. Isopren kann inhalativ und durch Verschlucken aufgenommen werden. Der Kontakt mit Augen und Haut erzeugt Rötungen und Schmerz, eine Inhalation ruft Husten, Übelkeit, Brennen und flachen Atem hervor. Im Tierversuch wirkt Isopren krebserregend und erbgutverändernd.
Ozeane bedecken zwei Drittel der Oberfläche der Erde. Trotzdem ist das Wissen über die vielfältigen Austauschprozesse zwischen Meer und Atmosphäre immer noch relativ gering. Wichtig für den Transport zwischen beiden Sphären ist vermutlich das Bubblebursting. So nennen die Forscher jenen Prozess, bei dem Wellen für winzige Blasen auf der Meeresoberfläche sorgen, die dann zerplatzen und den Inhalt in die Luft schleudern. Außerdem spielen organische Stoffe, die aus dem Meerwasser als Gase in die Atmosphäre gelangen, offenbar eine Schlüsselrolle. Glyoxal und Methylglyoxal, zwei Alphadicarbonyle, sind in den letzten Jahren in den Fokus der Wissenschaft geraten, weil sie dazu beitragen können, dass sich in der Atmosphäre winzige Partikel aus Gasen bilden, an denen später Wasser kondensiert. Diese Tropfen bilden dann Wolken und nehmen so Einfluss auf Niederschläge und Temperaturen der Erde. Glyoxal und Methylglyoxal wurden kürzlich in größeren Mengen über den Ozeanen beobachtet. Da sich die beiden Verbindungen aber auch durch photochemische Reaktionen in der Atmosphäre bilden können und dort mit etwa zwei Stunden sehr kurzlebig sind, wird vermutet, dass der Ozean eine wichtige Rolle spielt. Die genauen Mechanismen sind aber noch unklar. „Wir hoffen, dass es durch die gleichzeitige Untersuchung dieser beiden Verbindungen und von Aersolpartikeln zusammen mit verschiedenen Umweltparametern möglich wird, die Zusammenhänge zwischen diesen Carbonylen im Ozean und in der Atmosphäre aufzudecken“, erklärt Prof. Hartmut Herrmann vom TROPOS.
Die veröffentlichen Daten stammen aus Proben, die während der Expedition ANT-XXVII/4 des deutschen Forschungseisbrechers „Polarstern“ im April/Mai 2011 im Atlantik genommen wurden, berichtet Pressesprecher Tilo Arnold. Genau wie in diesem Jahr hatten auch damals Wissenschaftler verschiedenster Disziplinen die Heimreise des Schiffes von der Antarktis nach Deutschland für Messungen auf dem Atlantik genutzt. Die Aerosolpartikel wurden mit Messgeräten auf der „Polarstern“ gesammelt. Für die Proben des Oberflächenfilms mussten die Wissenschaftlerinnen jedoch per Schlauchboot vom Schiff auf See hinaus, um Verwirbelungen durch das große Schiff auszuschließen. „In einiger Entfernung wird dann eine Glasplatte ins Wasser getaucht und anschließend vorsichtig wieder herausgezogen. Dabei bleibt der 100 Mikrometer dünne Oberflächenfilm am Glas haften“, berichtet Dr. Manuela van Pinxteren vom TROPOS. Danach geht es ans Scheibenputzen. Mit handelsüblichen Wischblättern wird der Oberflächenfilm abgekratzt und in Fläschchen befördert, die bis zur Analyse im Labor in den Gefrierschrank wandern. „Wir wollten vor allem testen, ob sich diese Methode für Untersuchungen auf hoher See eignet und sind froh, dass sie sich auch dort bewährt hat“, so Manuela van Pinxteren, die diese ungewöhnlichen Messmethode auch schon bei Untersuchungen an der Küste der Kapverdischen Inseln eingesetzt hat. Auf diese Weise werden frisch geputzte Glasscheiben künftig weiter helfen, ungelöste Fragen rund um die Ozeane und das Klima zu lösen.
Aerosolpartikelsammler an Bord der Polarstern. Foto: Khanneh Wadinga Fomba / TROPOS
therepugnantpilot
Frankenberger 
http://www.atmos-chem-phys.net/13/11791/2013/acp-13-11791-2013.html
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Leipziger Forscher untersuchen Wolkenbildung über dem Atlantik
Leipziger Wissenschaftler haben die Rückreise des Forschungsschiffes Polarstern von der jüngsten Antarktisexpedition vor wenigen Tagen genutzt, um Untersuchungen zur Wolkenbildung über dem Atlantik und zu den chemischen Prozessen am Übergang vom Oberflächenwasser der Ozeane in die Atmosphäre durchzuführen. Während der Fahrt von Kapstadt nach Bremerhaven im April/Mai 2011 wurde gleichzeitig die chemische Zusammensetzung des Meeresoberflächenwassers, des ozeanischen Oberflächenfilms und der daraus entstandenen Aerosolpartikel gemessen und chemisch charakterisiert. Die Forscher wollen so unter anderem herausfinden, wie genau und in welcher Form organischer Kohlenstoff aus dem Meerwasser in die Atmosphäre gelangt sowie welche Auswirkungen dies auf die Wolkenbildung und die Vorhersagen von Klimamodellen hat.
Diese Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für die Klimaforschung, da 70 Prozent der Erdoberfläche mit Meerwasser bedeckt, die Austauschprozesse zwischen Wasser und Atmosphäre aber noch nicht vollständig verstanden sind. Wenn im Zusammenhang mit dem Klimawandel vom Ozean die Rede ist, dann wird meist diskutiert, wie viel Kohlendioxid der Ozean noch aus der Atmosphäre aufnehmen kann. Aufgrund der großen Wassermengen spielen die Weltmeere eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Der Ozean nimmt jedoch nicht nur atmosphärischen Kohlenstoff auf, er gibt auch Kohlenstoff an die Atmosphäre ab. Oft handelt es sich um organisches Material aus der Bioproduktion von Algen. Die gebildeten organischen Verbindungen können sich aufgrund ihrer Eigenschaften an der Phasengrenze Wasser-Luft ansammeln oder gelöst in der Wassersäule vorliegen. Reichert sich das Material an der Meeresoberfläche an, kommt es zur Ausbildung einer nur wenige Mikrometer dicken Filmschicht.
Man vermutet, dass durch verschiedene Prozesse das organische Material aus der Wasserphase in die Aerosolpartikel gelangt. So werden durch Windbewegungen auf der Meeresoberfläche Wellen gebildet. Durch das Brechen der Wellen werden Luftblasen in das Meerwasser eingebracht. Die Luftblasen durchwandern die Wassersäule und sammeln auf ihren Weg zur Oberfläche das organische Material ein. An der Oberfläche angekommen, platzen die Blasen, und das Material wird in die Luft geschleudert. „In der Fachsprache wird dieser Effekt Bubble-Burstig genannt“, erklärt Dr. Conny Müller vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (IfT). „Diese winzigen Tröpfchen trocknen zu kleinen Partikeln ein und können später die Kondensationskeime für Wolken bilden. Wir haben daher Proben vom Oberflächenfilm, aus dem Meereswasser in zwei Metern Tiefe und von den Aerosolpartikeln aus der Luft gesammelt. Im Labor wollen wir nun in den nächsten Monaten analysieren, welche organischen Kohlenstoffverbindungen aus dem Meerwasser in die Atmosphäre gelangen“, erklärt sie weiter.
Die Messungen auf Polarstern reihen sich ein in eine Serie von Experimenten. So wird die chemische Zusammensetzung des Meerwassers, des Oberflächenfilms und der Luftpartikel auch vor den Kapverdischen Inseln und vor Norwegen im Rahmen des Forschungsprojektes SOPRAN (Surface Ocean Processes in the Anthropocene) untersucht. „Letztendlich geht es darum, mehr darüber zu erfahren, welche Austauschprozesse zwischen Wasser und Luft ablaufen. Die Abgabe von Kohlenstoff aus dem Meer könnte ein stark unterschätzter Weg des Kohlenstoffs in die Atmosphäre sein“, so Prof. Hartmut Herrmann vom IfT über die Bedeutung dieser Experimente.
Die chemischen Messungen wurden begleitet durch eine umfassende physikalische Charakterisierung der in der marine Atmosphare vorhandenen Aerosolpartikel. Von besonderem Interesse hierbei waren die Partikelgrößenverteilung und die Bestimmung der Anzahl der Partikel, aus denen Wolkentropfen gebildet werden. Die IfT-Untersuchungen wurden in enger Zusammenarbeit zwischen der Abteilung der Chemie und den Arbeitsgruppen „Troposphärisches Aerosol“ und „Wolken“ durchgeführt. „Neu an den Messungen auf dieser Polarsternfahrt war, dass wir mit einer Vielzahl an Geräten eine komplette Charakterisierung der Luftpartikel vornehmen konnten, die aus partikel- und gasförmigen Emissionen des Meeres stammen. Sind die Partikel einmal größer als 0,1 Mikrometer können diese als Kondensationskeime für Wolken wirken“, ergänzt Prof. Alfred Wiedensohler vom IfT. Insgesamt waren fünf Mitarbeiter des Instituts mit zwei Messcontainern für diese Luftpartikelmessungen auf der Reise der Polarstern durch mehrere Klimazonen nach Bremerhaven dabei.
Auch Meteorologen der Universität Leipzig waren mit an Bord. „Die Fahrt durch verschiedene Wetter- und Klimazonen von Südafrika bis nach Europa bietet uns die Gelegenheit, verschiedene Wolkentypen und Verschmutzungsregimes unter die Lupe zu nehmen“, erläutert Prof. Manfred Wendisch vom Leipziger Institut für Meteorologie an der Universität Leipzig. „Wir wollen so den Einfluss der dreidimensionalen Wolkenstrukturen auf das gekoppelte Energiesystem Erde-Atmosphäre untersuchen.“ Dazu haben die Uni-Meteorologen Spezialtechnik für solare Strahlungsmessungen entwickelt, um herausfinden zu können, wie sich unterschiedliche Strukturen von Wolken auf die Verteilung der Sonnenstrahlung im Klimasystem der Erde auswirken. Seit 2009 werden auf der Polarstern mit einem Lidar und einem Mikrowellenradiometer Aerosolpartikel und Wolken in der Troposphäre und deren Einfluss auf die Energiebilanz an der Meeresoberfläche gemessen. Diese langfristig angesetzten Beobachtungen liefern einen entscheidenden Beitrag zur Erforschung der Klimawirkungen von Wolken und Aerosol über den Ozeanen.
Schiffsreisen dauern zwar wesentlich länger als ein Flug mit einem Forschungsjet, dafür können die Forscher dabei aber mehr Messtechnik und größere Geräte mitnehmen. Deswegen sind die nächsten Expeditionen schon fest geplant: Die Forscher des IfT und der Universität Leipzig werden im Oktober/November 2011 und im April/Mai 2012 auf der Hin- und Rückreise der nächsten Antarktisexpedition der Polarstern wieder dabei sein. Die IfT-Forscher werden ihre Untersuchungen bereits im Juni/Juli 2011 am Äquator vor Afrika von Bord des Forschungsschiffes Maria S. Merian und im Oktober/November 2011 auf der Fahrt der Polarstern von Bremerhaven nach Kapstadt fortsetzen. Zuvor ist bei den Forschern in den nächsten Wochen jedoch Auswertungsarbeit angesagt. Sämtliche Proben müssen im Labor untersucht sowie eine Vielzahl an Messungen analysiert und veröffentlicht werden.
Mit diesem Projekt wird die Kooperation zwischen dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (IfT) und dem Leipziger Institut für Meteorologie (LIM) an der hiesigen Universität fortgesetzt. Zuletzt hatten beide Institute bei der Untersuchung von Passatwolken in der Karibik zusammengearbeitet.
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Sea surface microlayer
https://en.wikipedia.org/wiki/Sea_surface_microlayer
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Kiel marine scientists publish new data on greenhouse gas emissions
22 June 2015/Kiel. In addition to carbon dioxide there are plenty of other greenhouse gases. Nitrous oxide is one of them. However, a global assessment of emissions from the oceans is difficult because the measurement methods used so far have only allowed rough estimates. Using a new technology for continuous measurements, researchers of the GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel and the Christian-Albrechts-Universität zu Kiel have now discovered that nitrous oxide emissions from the Southeast Pacific are much higher than previously thought. They publish their data in the international journal Nature Gesoscience.
http://www.geomar.de/en/news/article/der-suedostpazifik-produziert-mehr-lachgas-als-bisher-vermutet/
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[…] lassen auch Forschungsergebnisse zum Oberflächenfilm der Weltmeere und Gewässer aufhorchen. Der ist zwar nicht einmal einen Milimeter dick, wegen der […]
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[…] anwendbar, wenn die geheimen Aktivitäten des Militärs mit einfließen würden. Und der “Oberflächenfilm” der Weltmeere bringt auch nochmal alles durcheinander ! Ganz schön […]
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[…] beeinflussen, wollen Forscher festgestellt haben. Jedenfalls sind die Weltmeere von einem kleinen „Film“ bedeckt, der mehr Auswirkungen hat, als bisher […]
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