The arctic troposphere is subject to quite unique boundary conditions, like very stable stratification near the ground, of complete darkness during the arctic winter. Therefore, the chemical balance of the arctic troposphere is likely to be very sensitive to disturbing influences, for instance to free radical processes catalyzing boundary layer ozone destruction, as observed at several arctic sites. Those processes might habe natural causes, but also possible is initiation by pollutants advected from western Europe. The phenomena certainly point to significant deficiencies in the understanding of the chemical species and processes involved. This project will address the following questions: 1) What is the role of free (halogen oxide) radicals in the phenomenon of arctic troposphere ozone loss? 2) Is this disturbance a natural or an anthropogenic phenomenon? 3) Which are the possible consequences of sudden arctic tropospheric ozone loss, in particular on the chemical conditions of the arctic lower troposphere) 4) What is the spatial extent of the sudden tropospheric ozone loss phenomenon? This project will consist of three components: 1) Two field studies planned during springtime at arctics sites in Ny-Alesund/Spitzbergen and one to be selected. 2) Laboratory kinetic investigations of relevant homogeneous and heterogenous reactions at low temperature. 3) Modelling studies including gas phase and heterogeneous reactions and trajectory calculations.
The objective of the proposed activities as part of the DFG research group HaloProc is the investigation of Reactive Halogen (RH) chemistry in the atmosphere by Differential Optical Absorption Spectroscopy. The importance of RH includes the destruction of ozone, change in the chemical balance, increased deposition of toxic compounds (like mercury) and potential indirect effects on global climate. In our laboratory experiments we observed events of 'Bromine Explosion' (auto catalytic release of reactive bromine from salt surfaces - key to ozone destruction) that were strongly dependent on pH and humidity. Our measurements from field campaigns in Namibia/Botsuana, Southern Russia and Mauritania during HaloProc1 showed 1 to 2 orders of magnitude lower BrO and IO levels than expected based on previous observations at salt flats. Environmental conditions might have strong influence, which would be consistent with the smog chamber studies. One of the main questions of the second phase is under which conditions RH activation take place does. It is of great interest whether reactions of chlorine and iodine compounds on salt surfaces are similar to those of bromine, and whether different RH compounds interact with each other. In addition, oxides of nitrogen might be important for their role in the reactivation of RH. Proposed field campaigns in Namibia and South Russia will allow us to investigate the sources, sinks and transformations of RH compounds. This work will be complemented by corresponding smog chamber experiments with measurements of different halogen oxides as well as photochemical model calculations.
1. Vorhabenziel: Im Rahmen des Projektes sollen Messungen von Ballonprofilen von BrO, CIO, und CIONO2 in räumlicher und zeitlicher Nähe mit ENVISAT-Satellitenprofilen (SCIAMACHY und MIPAS) durchgeführt, ausgewertet und auf Ihre interne Konsistenz hin untersucht werden. Durch Vergleich der Ballonprofile mit den entsprechenden ENVISAT-Profilen soll die Langzeitzeitstabilität und Konsistenz der Satellitenmessung sichergestellt werden. 2. Arbeitsplanung: Die Arbeiten setzen sich zusammen aus: 1. Validierung von SCIAMACHY Brom-Profilen anhand von BrO-Ballonmessungen, 2. Konsistenzuntersuchungen von SCIAMACHY OCIO-Profilen anhand von BrO- und CIO-Ballonmessungen und photochemischer Modellierung, 3. Test von ballongetragenen CIONO2-Messungen zur MIPAS Validierung, und 4. Meteorologische Kampagnenunterstützung zur Planung der Ballonflüge der MIPAS, DOAS und TWIN-Ballonnutzlasten. 3. Ergebnisverwertung: Die Ergebnisse dienen zur Qualitätssicherung und Verbesserung der Retrievalalgorithmen für die ENVISAT SCIAMACHY- und MIPAS-Instrumente. Ferner werden die Daten in Kombination mit Daten der Satelliteninstrumente und anderer Validationsergebnissen mittels photochemischer Modellierung zur Überprüfung unseres Verständnisses der stratosphärischen Halogenchemie her.
Die großskalige räumliche Verteilung und Variabilität von Eisblumen auf dem Meereis in der Arktis und Antarktis wurde bisher noch nicht untersucht. Eisblumen haben möglicherweise einen großen Einfluß auf die troposphärische Chemie. Außerdem könnten sie als Quelle von Meersalz-Aerosolen Auswirkungen auf die Interpretation von Eisbohrkern-Daten haben. Die Bromid-Konzentration ist in Eisblumen etwa dreimal so hoch wie in Meerwasser. Durch heterogene Reaktionen kann gasförmiges Brom exponentiell zunehmend freigesetzt werden ('Bromine Explosion'). Bromoxid ist beteiligt an Prozessen des troposphärischen Ozonabbaus und der Ablagerung von Quecksilber in der polaren Biosphäre. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Kartierung von Eisblumen mittels des Ku-Band Scatterometers Sea Winds. Die Validation wird mit Hilfe der kombinierten Analyse von passiven (AMSR) und aktiven (ASAR) satellitengetragenen Mikrowellen-Sensoren durchgeführt. Die Hypothese vom Einfluß der Eisblumen auf die troposphärische Chemie soll anhand des Vergleichs mit Bromoxid-Satellitenmessungen (GOME und SCIAMACHY) überprüft werden.
Dead Sea Investigated are release mechanisms and the influence of Reactive Halogen Species (RHS) on tropospheric chemistry and their consequences on the atmospheric composition at mid latitudes. Field campaings in the Dead Sea Valley in Israel are planned. Because of its geographical position and topography it can be regarded as a large scale natural 'laboratory'. Questions to be answered include the details of the mechanisms releasing RHS to the atmosphere, in particular the 'Bromine Explosion' mechanism, a possible anthropogenic influence on RHS release, determination of the total amount of halogens released, and the involvement of halogen oxides in regional ozone destruction. From these data a better assessment of the influence of RHS on the chemistry of the troposphere and the global ozone budget can be attained. The main measurement technique will be Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS).