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Einführung in die Klimatologie
Prof. Dr. Otto Klemm 13. Aerosolpartikel PD Dr. Otto Klemm Universität Bayreuth BITÖK Klimatologie, Bayreuth Tel.: ; FAX: Stand: 08/2000
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Ø = 200 nm Ø = 20 nm Ø = 2 nm Ø = 2000 nm = 2 µm
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Partikel in der Atmosphäre
die Atmosphäre ist ein Aerosol, d.h. eine Gasphase mit darin dispergierten Partikeln, den sogenannten Aerosolpartikeln Partikel sind von großer Bedeutung in der Atmosphäre weil: sie als Kondensationskerne für Wolkentropfen dienen (bzw. Wolkentropfen sind) sie am Strahlungstransfer in der Atmosphäre sehr wesentlich beteiligt sind sie an Stoffflüssen erheblich beteiligt sind sie toxisch wirken können
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man unterscheidet „große“ und „kleine“ Partikel
kleine Partikel < 2 µm große Partikel > 2 µm Quelle Nukleation, Verbrennungsvorgänge (Kohle, Öl, KFZ, Biomasse) NH3, SO2, NOx, Reaktionen biogener VOCs mit O3 Erosion von Festland und Ozeanen, Flugasche Zusammen-setzung Sulfat, Nitrat, Ammonium, H+ Kohlenstoff (EC + OC), organische Komponenten Wasser Metalle Gesteinsmaterial Seesalz Pollen, Sporen Reifenabrieb Flugasche, Lebenszeit in der Atmosphäre Tage bis Wochen Minuten bis Tage Transport- distanzen bis Tausende von km bis 10er von km
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Größen-verteilung Winderosion (von Land und Ozean) homogene Nukleation
Emissionen (Vulkane, Pflanzenmaterial) homogene Nukleation thermodynamisch stabile Cluster (TSC) heterogene Nukleation Koagulation Kondensation cloud processing Größen-verteilung dN / d log D [ µm -1] Sedimentation rainout washout Ø kleine Partikel große Partikel ultrafeine Partikel accumulation range Aitken range „Feinstaub“, „PM10“
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Größenverteilung Anzahlverteilung N Oberflächenverteilung
S = 4 r2 Volumenverteilung V = 4/3 r3
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Prozesse der Partikeldynamik
Neubildung durch homogene Nukleation Wachstum durch heterogene Nukleation Koagulation Impaktion Sedimentation
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Verweilzeit in der Atmosphäre
Sehr kleine Partikel haben die Tendenz, zu wachsen, sehr große Partikel sedimentieren. Daraus ergibt sich für Partikel mittlerer Größe (0.1 µm < D < 10 µm) die maximale durchschnittliche atmosphärische Verweilzeit. Quelle: Colbeck, 1988
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gealtertes Aerosol Standort Waldstein, Fichtelgebirge
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Nebel Beispiel: in einem Nebelsammler werden Wolkentropfen mit
Dp > 3 µm effektiv gesammelt Quelle: Wrzesinsky, 1997
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Nebel Tropfengrößenverteilung des Flüssigwassergehalts
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Aufnahme in die Lunge Beispiel:
in der Lunge werden Partikel größensortiert aufgenommen: je kleiner, desto tiefer dringen sie ein Hauptbronchien Trachea Segmentbronchien Hofmann et al.: The Lung as a Filter for Inhaled Aerosol Particles - Partivle Deposition Pathways in Human Bifurcation; In Advances in aerosol filtration, 1998 Lappenbronchien daher die wichtigen Definitionen: PM10, PM2,5, PM1 = Partikelmaterial mit Durchmesser unter 10 µm bzw. 2,5 µm und 1 µm
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