Rätsel geknackt: Wie Feinstaub erst in der Luft entsteht

Komplexe Vorgänge in der Atmosphäre – aufs Wesentliche reduziert

Eine grosse Vielfalt an chemischen Vorgängen, bei denen grössere Moleküle in kleinere zerfallen können oder sich kleine Moleküle zu grösseren zusammenschliessen und an Feinstaubkörnchen anlagern können, findet laufend in der Atmosphäre statt. Um die wesentlichen Veränderungen der organischen Materie in der Atmosphäre zu verstehen, ist es aber nicht nötig, jede einzelne der vielen Tausend Substanzen zu verfolgen, die in der Luft enthalten sind. Wie die Forschenden zeigen konnten, reichte es, wenige bestimmte chemische Eigenheiten der Substanzen zu untersuchen, die für das Verhalten in der Atmosphäre entscheidend sind. Zum Beispiel ist das Verhältnis von Sauerstoff- zu Kohlenstoffgehalt in einer Substanz wesentlich dafür, ob diese Wasser aufnimmt und damit, ob die Feinstaubkörnchen Keime für die Wolkenbildung sein können, erklärt André Prévôt, der das Projekt federführend am Paul Scherrer Institut betreut.

Im PSI-Labor Entstehung von Feinstaub nachgestellt

Die stete chemische Umwandlung in der Atmosphäre führt auch dazu, dass der Feinstaub in fast allen Weltgegenden ähnlich aufgebaut ist – unabhängig von den genauen Ausgangsstoffen. In ihrer Arbeit zeigen die Forschenden, dass es dennoch möglich ist, die Eigenschaften der Ausgangsstoffe aus dem Feinstaub zu rekonstruieren. Dazu haben sie zuvor in der Smogkammer des Paul Scherrer Instituts die Veränderungen einzelner Stoffe in der Atmosphäre simuliert. Mit Hilfe dieser Ergebnisse konnten wir mit einem aufwendigen statistischen Verfahren bestimmen, welcher Art die Ausgangsstoffe waren, aus denen der Feinstaub entstanden ist. Mit zusätzlichen Verfahren wie der C14-Methode kann man dann auch die genauen Quellen bestimmen – ob zum Beispiel die Substanzen aus dem Wald oder aus Abgasen stammen erklärt Urs Baltensperger, Leiter des Labors Atmosphärenchemie am Paul Scherrer Institut.

Feinstaub an verschiedenen Orten: Gefahr für die Gesundheit und Keim für die Wolkenbildung

Die detaillierten Untersuchungen der Feinstaubzusammensetzung machte ein neuartiges Gerät – ein spezielles Massenspektrometer – möglich, mit dem man minutengenau die Luftzusammensetzung bestimmen kann. Insgesamt haben die Forschenden an 26 verschiedenen Orten der Nordhalbkugel gemessen. Das PSI war für zwei sehr verschiedene Orte in der Schweiz zuständig: die Zürcher Innenstadt und das Jungfraujoch. Die Zürcher Messung war dabei vor allem wegen des Einflusses von Abgasen auf die Gesundheit wichtig, die Messung auf dem Jungfraujoch konzentrierte sich auf Fragen der Wolkenbildung.

Die Arbeit der PSI-Forschenden wurde vom Schweizerischen Nationalfonds SNF unterstützt.

Über das PSI

Das Paul Scherrer Institut entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Festkörperforschung und Materialwissenschaften, Elementarteilchenphysik, Biologie und Medizin, Energie- und Umweltforschung. Mit 1300 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von rund 260 Mio. CHF ist es das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.