Das Projekt "WTZ China: SO-TRACE - Emissionen von Dimethylsulfid und Isopren und ihr Einfluss auf Aerosole und Klima im Südpolarmeer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. Der Ozean ist eine Quelle für atmosphärische Gase, die trotz ihrer geringen Konzentration in der Atmosphäre eine große Wirkung auf das Klima der Erde haben. Diese klimarelevanten Spurengase beeinflussen z.B. den Treibhauseffekt oder die Ausweitung des Ozonlochs. Besonders die Wirkung mariner Spurengase auf die Aerosolbildung wird heute stark diskutiert. Direkte Beweise fehlen unter anderem deshalb, weil es an gleichzeitigen Messungen von marinen Gasemissionen sowie Aerosolbeschaffenheit und -konzentration mangelt. Aerosole erhöhen das Rückstrahlvermögen der Erde und sind damit ein wichtiger natürlicher Gegenprozess zur globalen Erwärmung. Trotzdem ist die Menge der vom Ozean emittierten Spurengase mit großen Unsicherheiten behaftet. Das Südpolarmeer ist dabei von doppelt großer Bedeutung: Einerseits liegen durch seine Abgelegenheit sehr wenige Messdaten vor, die jedoch auf vergleichsweise große Emissionen hindeuten. Andererseits ist es relativ unberührt von menschlichem Einfluss: Natürliche Prozessen können deshalb nahezu ungehindert beobachtet werden. Ziel des Projekts ist es daher, die Rolle mariner Spurengasemissionen bei der Bildung von Aerosolen im Südpolarmeer besser zu verstehen. Dazu sollen in Zusammenarbeit mit dem Third Institute of Oceanography, Xiamen, China, Messungen auf zwei Seereisen in diese Region durchgeführt werden. Ein Fokus wird auf die Spurengase Dimethylsulfid und Isopren gelegt, die dort in hohen Konzentrationen im Wasser vorkommen. Da es sich bei den Auswirkungen des Klimawandels um ein globales Problem handelt, wird durch die gemeinsame Forschung nicht nur die deutsche und chinesische Gesellschaft profitieren. Beide Länder haben sich mit der Verabschiedung des Pariser Klimaabkommens politisch hinter den Klimaschutz gestellt. Dafür ist ein verbessertes Prozessverständnis unerlässlich. Mit einer solchen Zusammenarbeit wird die Expertise zweier Institute kombiniert, um das globale Klimaverständnis zu verbessern.
Das Projekt "Bewertung der Wirkung von Dimethylsulfid auf das Klima" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Physikalische Chemie durchgeführt. Objective/Problems to be solved: The proposed research programme is designed to resolve many of the outstanding key issues concerning the chemical transformation of DMS so that a reliable quantitative appraisal can be made of its contribution to CCN formation and consequently an assessment of the magnitude of its regulatory role in climate. Past work on the atmospheric chemistry has been instrumental in highlighting very specific processes, which need to be investigated in detail if a reliable assessment of the relationship between DMS, CCN and climate is to be made. The continuing improvement in analytical techniques now makes it possible to make high quality and high time resolution measurements of many species, both in the laboratory and in the field, which were previously either not possible or only with large error limits and poor time resolution. Scientific objectives and approach: The major objectives of the project are 1) to put constrains on the large uncertainties associated with current photochemical models by providing more accurate gas-phase kinetic and photochemical data on DMS oxidation chemistry. 2) Investigate particle formation from both DMS and DMSO. 3) Simultaneous high-time resolution measurements of dimethyl sulphide, oxidation products, halogen oxides, NO3 radical, and aerosol number/size distribution in 3 campaigns at sites with different geographical locations reflecting distinct aspects of DMS chemistry. 4) Use the data to determine the relative importance of the oxidants OH, NO3 and halogen oxides under different atmospheric conditions. 5) Use the laboratory data to construct a DMS chemistry module for CT-models capable of describing both the remote and polluted marine atmosphere and test of the models against the field data. The objectives will be achieved by a closely co-ordinated amalgamation of laboratory, field and modelling investigations. Expected impacts: The main deliverables of the project will initially be progressive constraints on kinetic/ mechanistic aspects of the oxidation chemistry of DMS and DMSO from laboratory and field experiments. This will be accompanied by high-time resolution field measurements of DMS, oxidation products, aerosols and other products relevant to the photo-chemistry. Based on this laboratory and field information a comprehensive gas/aerosol DMS-halogen-chemistry mechanism (g/a-DMS-HALO) module for incorporation in CT-models will be developed, which will be capable of describing DMS chemistry in both the remote and polluted marine atmosphere. The information can eventually be incorporated into global climatic models.
Das Projekt "JGOFS-Arabisches Meer II: Die biogeochemischen Kreislaeufe von Lachgas, Methan und Dimenthylsulfid im Indischen Ozean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. Lachgas (N2O), Methan (CH4) und Dimethylsulfid (DMS) sind wichtige atmosphaerische Spurengase, die direkt oder indirekt am globalen Klimageschehen beteiligt sind, z.B.: (I) Treibhauseffekt: (N2O, CH4), (II) Abbau von Ozon in der Stratosphaere (N2O), (III) Aerosolbildung, Wolkenalbedo (DM). Besondere Aufmerksamkeit haben in den letzten Jahren ozeanische Auftriebsgebiete, wie z.B. das Arabische Meer erhalten, weil diese als natuerliche Quellen einen wesentlichen Beitrag zu den Emissionen von N2O, CH4 und DMS leisten. In dem hier beantragten Projekt soll die Verteilung von N20, CH4 und DMS in der Atmosphaere und in der Wassersaeule sowohl waehrend des Monsuns als auch in der Zwischenmonsunzeit gemessen werden, um die saisonalen Variabilitaeten zu erfassen und damit erstmals eine realistische Abschaetzung der Emissionen aus dem nordwestlichen Indischen Ozean zu erlauben. Mit Hilfe eines einfachen, an die Atmosphaere gekoppelten Boxmodells fuer die ozeanische Mischungsschicht, sollen die saisonalen Variabilitaeten nachvollziehbar werden und Prognosen der Emissionen fuer die nahe Zukunft erlauben.
Das Projekt "Auf dem Weg zu einem besseren DMS-Oxidationsmechanismus (ADOniS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Wechselwirkungen zwischen dem Ozean und der Troposphäre sind für viele Prozesse in beiden Systemen wichtig. Ein Schlüsselprozess stellt der Austausch von Spurengasen zwischen der Atmosphäre und dem Ozean dar. Die Emission von Dimethylsulfid (DMS) stellt die größte natürliche Quelle für reduzierten Schwefel in die Atmosphäre dar. Dort kann DMS zu Schwefeldioxid, Schwefelsäure oder Methansulfonsäure oxidiert werden. Diese Verbindungen sind wichtige Vorläufersubstanzen für sekundäre Aerosole, die den natürlichen Strahlungshaushalt und die Wolkenbildung beeinflussen können. Die chemische Prozessierung, d.h. die sekundäre Bildung und Oxidation von DMS-Oxidationsprodukten, ist jedoch noch immer schlecht verstanden. Daher ist die Implementierung in aktuelle Multiphasenchemiemechanismen und Klimamodellen begrenzt, wodurch die aktuellen Vorhersagen noch sehr unsicher sind. Um die bestehenden Lücken in unserem Verständnis der DMS-Multiphasenchemie weiter zu schließen, zielt das Projekt ADOniS darauf ab, (i) fortgeschrittene Laboruntersuchungen zur Gas- und Flüssigphasenchemie von DMS-Oxidationsprodukten durchzuführen, (ii) ein fortgeschrittenes Multiphasen-DMS-Chemiemodul zu entwickeln und (iii) Prozess- und 3D-Modelluntersuchungen durchzuführen. Die vorgeschlagenen detaillierten Laboruntersuchungen konzentrieren sich auf die OH-Oxidation von Gasphasenprodukten der ersten Generation, Hydroperoxymethylthioformat (HPMTF) und Dimethylsulfoxid (DMSO), sowie auf die Bildung von DMS-Oxidationsprodukten der zweiten Generation. Die detaillierten mechanistischen Untersuchungen werden mit einem Freistrahl-Strömungsreaktor durchgeführt. Weitere kinetische und mechanistische Untersuchungen werden sich auf die Chemie von DMS-Oxidationsprodukten in der wässrigen Phase konzentrieren. OH Radikalreaktionen von HPMTF-Surrogaten werden mit Hilfe eines Laser Flash Photolysis - Long Path Absorption (LFP-LPA) Systems untersucht. Weiterhin wird die Oxidation von MSA/MS- durch OH(aq) und die Oxidation von MSIA/MSI- durch O3(aq) in wässriger Phase untersucht. Ferner soll die Aufnahme von wichtigen DMS-Oxidationsprodukten an verschiedenen Aerosolpartikeln durch Kammerstudien untersucht werden. Die Bildung von DMS-Oxidationsprodukten in der Gasphase und deren Aufnahme auf injizierten Aerosolpartikeln wird mit einem CI-APi-TOF Massenspektrometer gemessen. Basierend auf den Ergebnissen der Laborstudien wird ein fortschrittliches DMS-Reaktionsmodul entwickelt und anschließend im Multiphasenchemiemodell SPACCIM für detaillierte Prozessstudien eingesetzt. Die gewonnenen Erkenntnisse über die wichtigsten DMS-Oxidationswege werden dann die Grundlage für eine aktualisierte Behandlung DMS in globalen Klimachemiemodellen (CCMs), hier ECHAM-HAMMOZ, bilden. Schließlich werden Simulationen mit ECHAM-HAMMOZ die Auswirkungen des verbesserten DMS-Mechanismus auf die globale atmosphärische DMS-Chemie untersuchen und die Auswirkungen auf das Klima und die zukünftige Sensitivität bewerten.
Das Projekt "Analysis of satellite measurements of halogen oxides in the Antarctic: source regions, transport and comparison to model simulations" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Sea ice is a major source of atmospheric sea salt in Antarctica. This recent finding triggered a change in paradigm for the paleoclimatic interpretation of polar ice core records. Moreover, the release of reactive gas-phase halogens from the salty ice surface and of salt aerosol is of major importance for the tropospheric chemistry. The presence of reactive bromine in the polar troposphere causes the often complete depletion of ozone in the boundary layer, and a fast oxidation of other trace species such as mercury and the biologically produced dimethyl sulfide (DMS). An oxidation product of the latter, methanesulfonic acid (MSA), and sea salt concentration from ice core records have been used as proxies to infer information about the past sea ice extent. We propose to investigate the processes related to the salt aerosol generation on the sea ice surface, the atmospheric salt transport, the halogen release, and the impact on the tropospheric composition in a joint project. Here we describe one part of this project: the remote sensing of tropospheric BrO and the analysis of source regions and transport patterns. The analysis of the sea ice parameters from remote sensing data, the development of a sea ice aerosol model and the investigation of the major ions from Neumayer station aerosol filter measurements as well as from existing ice core and snow pit records is part of a joint proposal by the University of Hamburg. The lagrangian modeling of aerosol transport and halogen chemistry is part of a parallel proposal from the MPI Mainz. The proposed joint project is embedded in the International Polar Year IPY core project 'Air Ice Chemical Interactions (AICI-IPY)'.
Das Projekt "Dimethylsulfid (DMS): Oxidationsmechanismus in Bezug zu Aerosolen und Klima" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität-Gesamthochschule Wuppertal, Fachbereich 9 Naturwissenschaften II, Physikalische Chemie durchgeführt. General Information: Dimethyl sulphide (DMS) is the major biogenic sulphur gas emitted to the atmosphere and it has been recently estimated to contribute as much as 40 per cent to the global column of atmospheric sulphate (SO4 2-). DMS, emitted by the oceans, has tentatively been identified as the major precursor of initially condensation nuclei (CN) and eventually cloud condensation nuclei (CCN) in remote marine regions. Thus, it has been postulated that DMS may have a significant influence on the Earth's radiation budget and possibly in climate regulation. This influence might be even larger than anticipated if the recent suggestion that substantial amounts of DMS may reach the upper troposphere over convective regions is validated. The exact nature and extend of the interaction between DMS and climate cannot presently be assessed with a high degree of reliability due largely to uncertainties in the product distributions from the oxidation of DMS. The present research project proposes to concentrate on investigating the reaction pathways in the oxidation of DMS which have been designated in previous research projects as being those most likely to produce H2S04 and MSA aerosols, the principal precursors of marine atmospheric aerosol and eventually CCN. The issues to be addressed, which are currently thought to be most crucial for an understanding of the tropospheric DMS chemistry and assessing the magnitude of its regulatory influence on climate, will include: 1. The mechanism of CN generation via the DMS-SO2-H2SO4 pathway or alternatively via DMS-SO3-H2S04 without the intermediacy of SO2 formation. 2. The relative contribution of MSA and H2SO4 to CN formation (MSA/nss-SO4 2- ratio) in the marine troposphere but also in the upper troposphere (a new issue). What are the factors controlling its seasonal and latitudinal variation: temperature, NOx or the nature of the oxidant (mainly OH and NO3, eventually also Cl or BrO). 3. The formation yield of DMSO under different atmospheric conditions ; its heterogeneous loss and kinetics and products of its further gas phase oxidation; relative yields of SO2, MSA and DMSO2 4. The influence of heterogeneous oxidation of SO2 (e.g. on sea salt) on the H2SO4/SO2 yield. 5. The aqueous phase oxidation of DMSO and DMSO2 and its relative importance compared to gas phase oxidation. The project will consist principally of laboratory studies combining state-of-the-art laboratory methods to investigate individual reaction steps and overall mechanisms under realistic atmospheric conditions. A chemical module for DMS oxidation will be made available for integration in chemistry-transport models. Prime Contractor: Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Combustion et Systemes Reactifs (LCSR) (UPR 4211); Orleans/France.
Das Projekt "Der Einfluss der SML auf die Spurengasbiogeochemie und den Ozean-Atmosphäre-Gasaustausch" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Forschungsbereich 2: Marine Biogeochemie durchgeführt. Labor- und Feldstudien zeigen, dass die Oberflächengrenzschicht des Ozeans (â€Ìsurface microlayerâ€Ì, kurz SML) die biogeochemischen Kreisläufe von klimaaktiven und atmosphärisch wichtigen Spurengasen wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Kohlenstoffmonoxid (CO), Methan (CH4), Lachgas (N2O) und Dimethylsulfid (DMS) stark beeinflusst: (i) Jüngste Studien aus den PASSME- und SOPRAN-Projekten haben hervorgehoben, dass Anreicherungen von oberflächenaktiven Substanzen (d.h. Tensiden) einen starken (dämpfenden) Effekt sowohl auf die CO2- als auch auf die N2O-Flüsse über die SML/Atmosphären-Grenzfläche hinweg haben und (ii) Spurengase können durch (mikro)biologische oder (photo)chemische Prozesse in der SML produziert und verbraucht werden. Daher kann der oberste Teil des Ozeans, einschließlich der SML, verglichen mit dem Wasser, das in der Mischungsschicht unterhalb der SML zu finden ist, eine bedeutende Quelle oder Senke für diese Gase sein, was von sehr großer Relevanz für die Forschungseinheit BASS ist. Die Konzentrationen von CO2, N2O und anderen gelösten Gasen in der SML (oder den oberen Zentimetern des Ozeans) unterscheiden sich nachweislich von ihren Konzentrationen unterhalb der SML. Typischerweise werden die Nettoquellen und -senken wichtiger atmosphärischer Spurengase mit Konzentrationen berechnet, die in der Mischungsschicht gemessen wurden und mit Gasaustauschgeschwindigkeiten, die die SML nicht berücksichtigen. Diese Diskrepanzen führen zu falsch berechneten Austauschflüssen, die in der Folge zu großen Unsicherheiten in den Berechnungen der Klima-Antrieben und der Luftqualität in Erdsystemmodellen führen können. Durch die Verknüpfung unserer Spurengasmessungen mit Messungen von (i) der Dynamik und den molekularen Eigenschaften der organischen Materie und speziell des organischen Kohlenstoffs (SP1.1; SP1.5), (ii) der biologischen Diversität und der Stoffwechselaktivität (SP1.2), (iii) den optischen Eigenschaften der organischen Materie (SP1.3), (iv) der photochemischen Umwandlung der organischen Materie (SP1.4) und (v) den physikalischen Transportprozessen (SP2.3) werden wir ein umfassendes Verständnis darüber erlangen, wie die SML die Variabilität der Spurengasflüsse beeinflusst.
Das Projekt "Feldstudien zu den troposphaerischen Abbaumechanismen von biogenen VOC: Isopren und DMS (Fieldvoc)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachbereich 1 Physik,Elektrotechnik, Institut für Umweltphysik,Fernerkundung durchgeführt. Entwicklung von Mess- und Analyseverfahren fuer VOC. Durchfuehrung von zwei Feldmesskampagnen in unterschiedlichen Gebieten zur Untersuchung der troposphaerischen Mechanismen der Umsetzung von Isoprene und Dimilsulphid. Zusaetzlich zu den chemischen Parametern wurden meteorologische Parameter aufgenommen.
Das Projekt "Laboruntersuchungen zum Mechanismus des Abbaus biogener fluechtiger organischer Verbindungen in der Troposhaere: Isopren und DMS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. The project deals with the study of the (photo) degradation products of isoprene and DMS in their reactions with OH- and NO3-radicals, and with O3 (only isoprene). These studies will be performed in the absence of NOX (NO and NO2) or with various concentrations of NOX, in order to identify the major intermediate species which are generated in the different reaction systems. Especially the role played by the various peroxy radicals (RO2) will be examined, in order to establish their chemical fate under tropospheric conditions. In the case of isoprene, the yields of the products will be determined: carbonyl compounds, nitrates, peroxynitrates, organic hydroperoxides, organic acids, etc. In the case of DMS, the yields of the important products, SO2, methylsulphonic acid, dimethylsulphoxide, sulfate, aerosol (CCN) will be investigated. In addition, separate kinetic studies will be carried out on specific radicals involved in the (photo) degradation mechanism of isoprene and DMS, or on radicals possessing similar functional and/or structural groups: eg the kinetics and product distribution of the reactions RO2 + RO2, RO2 + HO2, RO2 + NO3; study of the reactivity of CH3, S, CH3SO and CH3SO2 radicals with O2, O3 and NO2. Finally, the development of a chemical box-model to describe the atmospheric transformation of isoprene and DMS will be part of this project with use of data obtained in both laboratory and field measurements. Since isoprene is used as representative VOC is modelling studies of the photochemistry occurring in the continental boundary layer, a prediction of the resulting ozone and other photo-oxidants is needed. The model involving DMS oxidation is required to assess the sulphur budget and its role in aerosol formation. The work will be performed by nine European research groups, which will deploy a variety of complementary kinetic, spectroscopic and chromatographic techniques.
Das Projekt "WTZ Großbritannien: PETRA - Untersuchungen der Bildungswege und Emissionen von klimarelevanten Spurengasen in einem sich wandelnden Arktischen Ozean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. Wir wissen überraschend wenig über die Bildungswege und Emissionen von klimarelevanten Spurengasen im Arktischen Ozean (AO). Es gibt jedoch starke Hinweise, dass Spurengase wie z.B. Lachgas (N2O), Methan (CH4), Dimethylsulfid (DMS) und Kohlenstoffmonoxid (CO) wichtige Rollen sowohl für die chemische Reaktivität als auch die Strahlungsbilanz der Arktis spielen und deshalb ein großes Potential haben, das Klima der Arktis entscheidend zu beeinflussen. Menschliche Aktivitäten verändern die Umwelt der Arktis mit einer bisher nicht gekannten Geschwindigkeit was zu einer schnellen Erwärmung, gravierendem Rückzug der Eisbedeckung und zunehmender Ozeanversauerung des Arktischen Ozeans führt. Die miteinander verbundenen Konsequenzen der obengenannten Stressfaktoren (sogenannte Stressoren) für die zukünftige Bildung und Emissionen von den obengenannten Spurengasen sind bisher weitgehend unerforscht. Deshalb schlagen wir vor, dies im Arktischen Ozean zu untersuchen: Dies umfasst (i) hochaufgelöste Messungen von Spurengasen in der Ozeanoberfläche mit neuartigen Laser-basierten Instrumenten, (ii) Inkubationsexperimente um mit gezielten Manipulationen die Effekte von mehreren Stressoren (Temperatur, Versauerung und Licht) auf die Spurengasbildung zu untersuchen und (iii) die Anwendung von Ökosystemmodellen zur Simulation von zukünftigen Szenarien. Die Ergebnisse von PETRA werden unser Verständnis der zukünftigen Rolle der Bildung und Emissionen von Spurengase für die Atmosphäre und das Klima sowohl auf regionaler (arktischer) als auch auf globaler Skala verbessern.