Suche nach den fehlenden Komponenten zur gesamten OH-Reaktivität

Biogene flüchtige organische Verbindungen entfernen durch chemische Reaktionen OH aus der Atmosphäre, was Prozesse wie die Wolkenbildung beeinflusst. In einer neuen Studie zeigen Pfannerstill et al. die wichtigen Beiträge von bisher nicht berücksichtigten BVOC-Spezies und unterschätzten OVOCs zur Gesamt-OH-Reaktivität auf.

Gesamt-OH-Reaktivität

Die tropischen Wälder sind die weltweit größte Quelle für biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs). Diese Verbindungen sind chemisch sehr reaktiv, was sie für atmosphärische Prozesse äußerst relevant macht. Einmal in die Atmosphäre freigesetzt, durchlaufen BVOCs innerhalb von Sekunden bis Tagen Oxidationsreaktionen. BVOCs reagieren hauptsächlich mit OH-Radikalen, die sich tagsüber vor allem aus dem Ozon (O3) und Wasser bilden. Dadurch entziehen sie der Atmosphäre einen Teil des OH, was die tropischen Wälder zu einer OH-Senke macht. Die Menge an OH in der Atmosphäre beeinflusst wiederum Prozesse wie die Wolkenbildung und den Verbleib von Treibhausgasen wie Methan.

Trotz des Einflusses von BVOCs auf großräumige atmosphärische Prozesse beschränken sich die meisten Studien in tropischen Wäldern bisher auf eine kleine Anzahl bekannter, reichlich vorhandener BVOC-Spezies. Sie können aber nicht die gesamte OH-Senke erklären, und wesentliche Anteile von bis zu 80% blieben bisher unberücksichtigt.

Nun wollten Eva Pfannerstill und ihre Kollegen dieses Problem lösen und den Lücke schließen. Während mehrerer Feldkampagnen an ATTO maßen sie den Verlust von OH-Molekülen pro Sekunde, die so genannte “Gesamt-OH-Reaktivität”. Gleichzeitig maßen sie die BVOC-Emissionen und die Ozonkonzentrationen.

Lufteinlassschlauch an der Spitze des ATTO-Turms. © Eva Pfannerstill / MPI-C
Lufteinlassschlauch an der Spitze des ATTO-Turms. © Eva Pfannerstill / MPI-C

Das fehlende Bindeglied

Durch diesen umfassenden Ansatz konnten sie die gesamte OH-Reaktivität weitgehend bestimmten Verbindungen zuordnen. Dazu gehören insgesamt 83 verschiedene VOC-Spezies und 3 anorganische Spurengase. Die bisher nicht nachgewiesene OH-Reaktivität im Regenwald ist auf eine Kombination von Dingen zurückzuführen.

Zum einen fanden Pfannerstill und ihre Co-Autoren eine Reihe von primären BVOCs, die in früheren Studien nicht berücksichtigt wurden, die aber erheblich zur OH-Reaktivität beitragen.
Andererseits fanden sie heraus, dass oxydierte Verbindungen (OVOCs) eine wichtige Rolle zu spielen scheinen. Die Analyse des Teams zeigt einen Beitrag von OVOCs zur saisonalen Gesamt-OH-Reaktivität von etwa 1/3. Dies ist bis zu 5 Mal mehr als das, was die Wissenschaftler in früheren Studien gefunden haben. Eine Erklärung für den großen Beitrag der OVOCs zur OH-Senke sind wahrscheinlich die meteorologischen Bedingungen in den Tropen. Intensive Sonneneinstrahlung, hohe Luftfeuchtigkeit, die zu hohen OH-Werten führt, und erhöhte Temperaturen verursachen schnelle photochemische Oxidationsprozesse.

Gesamtes OH-Reaktivitätsbudget in einer früheren Studie mit wenigen gemessenen Verbindungen (links) und dieser Studie mit viel mehr untersuchten Verbindungen (rechts). Der nicht zugeordnete Anteil ist deutlich reduziert. Abbildung von Eva Pfannerstill / MPI-C
Gesamtes OH-Reaktivitätsbudget in einer früheren Studie mit wenigen gemessenen Verbindungen (links) und dieser Studie mit viel mehr untersuchten Verbindungen (rechts). Der nicht zugeordnete Anteil ist deutlich reduziert. Abbildung von Eva Pfannerstill / MPI-C

Darüber hinaus analysierten sie die täglichen, jahreszeitlichen und interannuellen Zyklen der OH-Reaktivität in verschiedenen Höhen über dem Walddach. Unter anderem fanden sie heraus, dass Regenfälle kurzfristige Spitzen in der gesamten OH-Reaktivität verursachen, auf die eine unterdurchschnittliche OH-Reaktivität für mehrere Stunden folgt.

Pfannerstill et al. veröffentlichten all ihre Ergebnisse Open Access in “Total OH reactivity over the Amazon rainforest: variability with temperature, wind, rain, altitude, time of day, season, and an overall budget closure” in Atmos. Chem. Phys.

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