Messkampagne zur Luftqualität

Forschungsflugzeug Halo untersucht Erdatmosphäre

Bis Ende Juli untersuchen Atmosphärenforscher aus ganz Deutschland die Luftbelastung über europäischen Ballungszentren. Ziel ist es, die Auswirkungen der Verschmutzung auf die Erdatmosphäre besser verstehen und vorhersagen zu können.

In 52 Flugstunden sammeln 15 Instrumente an Bord von Halo Daten zur Luftqualität über Europa (Foto: Eric Förster, KIT).

Fokus der aktuellen Messkampagne, welche die Universität Bremen koordiniert, ist die chemische Charakterisierung der Verschmutzungen und deren Einfluss auf die Luftqualität in den meist ländlichen Regionen in den Abgasfahnen der Großstädte. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen dafür das Forschungsflugzeug Halo des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Forschergruppe um Andreas Zahn und Marco Neumaier vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist mit zwei speziell für Flugzeuge entwickelten Instrumenten vertreten. Eines misst extrem genau und schnell – mit zehn Messungen pro Sekunde – das reaktive Spurengas Ozon. „Bodennahes Ozon entsteht insbesondere an sonnigen Tagen aus Stickoxiden, die beispielsweise aus Autoabgasen stammen, und trägt maßgeblich zur Bildung des Sommersmogs bei. Interessanterweise treten die höchsten Ozonkonzentrationen dabei nicht direkt in den Ballungszentren auf, sondern in den angrenzenden ländlichen Gebieten“, sagt Andreas Zahn vom IMK. Eine Schlüsselrolle dabei spielen flüchtige organische Verbindungen, kurz VOCs (von engl. Volatile Organic Compounds). „Diese Stoffe, dazu zählen unter anderem Aceton, Methanol oder Benzol, werden entweder von Pflanzen in die Atmosphäre ausgestoßen oder sind vom Menschen verursacht, etwa Abgase aus dem Verkehr“, erläutert Marco Neumaier.

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Das zweite Instrument des KIT, ein hochkomplexes Protonen-Transfer-Reaktions-Massenspektrometer, kann eine Vielzahl dieser VOCs in kleinsten Spuren in Echtzeit messen. „Damit ist das Gerät in der Lage, in 100 Milliarden Luftmolekülen ein einzelnes Aceton-Molekül nachzuweisen“, so Neumaier.

Die aktuellen Messflüge – mit 52 Flugstunden bis Ende Juli – sind die erste Phase der  internationalen Messkampagne „EMeRGe” (steht für „Effect of Megacities on the transport and transformation of pollutants on the Regional and Global scales”). An Bord von Halo befinden sich dafür mehr als 15 hochempfindliche Instrumente zum Messen von Spurengasen und Aerosolpartikeln. Sieben deutsche Forschungszentren und Universitäten sind an der Kampagne beteiligt, welche das Institut für Umweltphysik der Universität Bremen leitet. Die Abkürzung Halo steht für „High Altitude and Long Range Research Aircraft“.

Europaweit ergänzende Messungen

Parallel laufen über ganz Europa zusätzliche Messungen mit weiteren Flugzeugen sowie mit bodengestützten Messsystemen. Die zweite Phase der Messkampagne wird dann im Frühjahr 2018 Asien in den Blick nehmen und in Taiwan stattfinden.

Weitere Projektpartner von EMeRGe sind das Max-Planck-Institut für Chemie, die Universitäten Mainz und Heidelberg, die Bergische Universität Wuppertal sowie das Forschungszentrum Jülich. EMeRGe wird mit rund sechs Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und dem DLR bis April 2018 finanziert.

Das Forschungsflugzeug Halo ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Halo wurde aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, der Helmholtz-Gemeinschaft und der Max-Planck -Gesellschaft beschafft.

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