Grobstaubpartikeln in der freien Troposphäre - ein Feldexperiment

Aerosolpartikel beeinflussen unser Klimasystem indem sie Licht streuen oder absorbieren und auch als
Wolkenkondensationskeime oder eisbildende Partikel wirken und so die Strahlungseigenschaften von
Wolken verändern. Gerade diese klimarelevanten Aerosoleffekte sind aber noch ein großer
Unsicherheitsfaktor in Klimamodellen. Aerosolpartikel im Größenbereich des Grobstaubs (ca. 1 μm bis >
200μm) haben besonders komplexe und heterogene Eigenschaften (z.B. Partikelform) und werden in
Modellen oft nur unzureichend repräsentiert, da nicht ausreichend Messdaten zur Verfügung stehen. Das
betrifft insbesondere die Aerosole in der freien Troposphäre, da solche Daten hauptsächlich mittels
kostspieliger und zeitlich begrenzter Flugzeugkampagnen erhoben werden können.

Grobe Aerosolpartikel bilden sich großteils durch die mechanische Zerkleinerung von Materialien der
Erdoberfläche, wie z.B. Mineralstaub oder Fragmente von diversen Pflanzen und Insekten. Weitere Beispiele
für Grobstaub sind Pollen von windbestäubten Pflanzen, aber auch Mikroplastik wird in diesem
Größenbereich in der Atmosphäre vermutet.

Ziel der geplanten Feldmessungen ist es die groben Aerosolpartikel über einen längeren Zeitraum in der
freien Troposphäre zu erfassen und deren Eigenschaften zu charakterisieren. Der Fokus liegt dabei
insbesondere auf Mineralstaub, Mikroplastik und biologischen Partikeln. Dazu sollen von März bis Juni
2023 Feldmessungen am Sonnblick Observatorium durchgeführt werden. Daneben soll auch auf Analysen
des bestehenden Filtermonitorings zurückgegriffen werden. Für einzelne Tage sollen auch die Zeiträume der
Probenahme des Monitorings (Wochenmittel) zu Tagesproben verkürzt werden. Das Sonnblick
Observatorium bietet einen idealen Standort für dieses Projekt. Gelegen auf 3100m wird das Observatorium
nicht direkt durch Aerosolquellen aus der planetaren Grenzschicht beeinflusst. Das atmosphärische Aerosol,
das den Sonnblick erreicht, stammt dabei auch oft aus weit entfernten Quellen, wie z. B. Mineralstaub aus
den Wüsten Afrikas.

Für die Charakterisierung der Partikeleigenschaften wird das SwisensPoleno Jupyter Instrument der
Universität Wien am Sonnblick Observatorium installiert. Das Messinstrument kombiniert holographische
Aufnahmen einzelner Partikel mit Fluoreszenz‐ und Streulichtmessungen. Dabei können Partikel im
Größenbereich von 0.5 – 300 μm vermessen werden. Für die Fluoreszenzmessungen werden drei anregende
Wellenlängen verwendet (280 / 365 / 405 nm) und die entstehende Emission wird in 5 Messfenstern (mittlere
Wellenlänge 357 / 435 / 483 / 562 / 676 nm) detektiert. Das Poleno Jupyter wurde zwar für die Detektion
von biologischen Aerosolen entwickelt, aber erste Labormessungen zeigen, dass die relativen
Fluoreszenzspektra von Polypropylen Mikroplastik von anderen Grobpartikeln in der Atmosphäre
unterschieden werden können. Diese Messungen machen uns zuversichtlich, dass mit dem Poleno Jupyter
neben den Eigenschaften von biologischen Partikeln und Mineralstaub, auch Mikroplastik in der Atmosphäre
detektieren kann. Die physikalische Charakterisierung der Partikel wird durch chemische Analysen des
Aerosols, gesammelt auf Filterproben, unterstützt. Die chemischen Analysen werden an der TU Wien
durchgeführt und stellen für ausgewählte Tage eine Erweiterung des bestehenden Monitorings dar.
In Kombination mit den permanent laufenden Aerosolmessungen am Sonnblick entsteht dabei ein wertvoller
Datensatz der eine umfassende Interpretation des Auftretens von Grobstaubpartikeln und deren
Eigenschaften unter unterschiedlichen meteorologischen Bedingungen ermöglicht.