Bevölkerungsreiche Ballungszentren stellen konzentrierte Quellen für anthropogene Emissionen dar. Das Ziel der HALO-Mission EMeRGe ist die Untersuchung der Transportwege und der Umwandlungsprozesse der gas- und partikelförmigen Emissionen in den Abluftfahnen solcher Ballungszentren in der freien und oberen Troposphäre. Dieses Teilprojekt legt den Schwerpunkt auf die chemische Charakterisierung der Partikelphase mittels Aerosolmassenspektrometrie sowie auf die Untersuchung der Wolkenaktivierungseigenschaften der Partikel. Mit einem Compact Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer (C-ToF-AMS) und einem Single Particle Soot Photometer (SP2) kann die chemische Zusammensetzung und die photochemische Prozessierung der Aerosolpartikel nahezu vollständig erfasst werden. Mikrophysikalische Partikeleigenschaften wie Größenverteilung und Anzahlkonzentrationen in verschiedenen Größenbereichen tragen zur Charakterisierung der Partikel bei. Die größenselektierten Messungen der Wolkenaktivierungseigenschaften der Partikel werden im Zusammenhang mit der beobachteten Änderung der chemischen Zusammensetzung (Oxidation) betrachtet, so dass der Einfluss der Emissionen auf die Wolkenbildung untersucht werden kann. Weiterhin wird untersucht, ob die Emissionen bis in die obere Troposphäre oder sogar in die Tropische Übergangschicht (Tropical Transition Layer, TTL) gelangen können, wodurch sie für den weiteren Transport in die untere Stratosphäre zur Verfügung stünden.
Vorkommen, Häufigkeit, chemische Zusammensetzung und Mischungszustand jener Aerosolpartikel in der Erdatmosphäre, an denen sich durch heterogene Nukleation in unterkühlten Wolken Eis bilden kann (Ice Nucleating Particles = INP), werden experimentell untersucht. Diese Informationen sind wichtig für das Verständnis der Niederschlagsbildung, und finden in parametrisierter Form Eingang in meteorologische Modelle zur Vorhersage des Niederschlages. Das Projekt verwendet hierbei im Wesentlichen physikalische Methoden zur Identifikation und Isolation der Partikel aus der Atmosphäre, und nachfolgend elektronenmikroskopische Methoden zur mineralogischen Analyse einzelner Partikel. Die Identifikation jener wenigen Aerosolpartikel (ca. 1 von 10.000 bis 1 von 100.000), die Eisbildungsfähigkeit besitzen, erfolgt, indem eine Aerosolprobe einer Unterkühlung unter 0°C und Wasserdampfübersättigung ausgesetzt wird, und die an INP entstehenden Eiskristalle fotografiert und gezählt werden. Es werden sowohl Aerosolpartikel aus luftgetragenem Aerosol untersucht (aus dem Eiskeimzähler FINCH) wie auch Partikel, die aus einer Luftprobe auf einem Silizium-Probenträger niedergeschlagen und danach als INP identifiziert wurden (Eiskeimzähler FRIDGE). Eine dritte und vierte Methode (Ice-CVI und ISI) isolieren eisbildungsfähige Partikel, indem aus einer angesaugten Probe von Wolkenluft die Eiskristalle strömungstechnisch von den übrigen Luftbestandteilen getrennt werden. Alle Eiskeimproben werden im Rasterelektronenmikroskop auf Größe, Morphologie, Mischungszustand und chemische Zusammensetzung untersucht und die Ergebnisse der verschiedenen Ansätze verglichen. In Feldexperimenten werden Atmosphärenproben verschiedener geographischer Provenienz (Mitteleuropa, Forschungsstation Jungfraujoch, Wüstenstaub, Vulkanstaub) erhalten. In Laborexperimenten wird mit vorher gesammelt und charakterisierten Modellsubstanzen gearbeitet. Weiterhin wird durch tägliche Messungen der Anzahl-Konzentration und Zusammensetzung von Eiskeimen am Taunus Observatorium nahe Frankfurt über einen längeren Zeitraum untersucht, ob es Saisonalitäten, bevorzugte Quellgebiete (z.B. Wüsten, Industrie, etc.) und biologische Einflussfaktoren (z.B. Pollen, Pflanzenabrieb, Bakterien) für das Vorkommen von Eisnuklei gibt.
Eine der wissenschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit ist ein besseres Verständnis des Klimas auf der Erde. Zum Beispiel sind der Einfluß einer 'variablen' Sonne und die Wechselwirkungen in großen Bereichen unserer Erde (Atmosphäre, Biosphäre, Ozean, Land) noch weitgehend offene Fragestellungen. Zum besseren Verständnis dieser Prozesse, welches für zuverläßliche Klimamodelle unumgänglich ist, bedarf es vor allem einer umfassenden Datenerhebung. Hierbei gewinnen in jüngster Zeit die Messungen von kosmogenen Radionukliden mit Hilfe der ultra-sensitiven Nachweismethode der Beschleunigermassenspektrometrie eine immer größere Bedeutung. Wir beabsichtigen, die Liste der für die Atmosphären- und Klimaforschung bereits verwendeten kosmogenen Radionuklide (Be-10, C-14, Cl-36), um das bisher kaum erforschte Isotop Al-26 (Halbwertszeit = 0.72 Millionen Jahre) zu erweitern. Wir erwarten dadurch einen Beitrag zum besseres Verständnis von Klimaprozessen. Insbesondere bietet sich eine Kombination von Al-26 mit Be-10 (Halbwertszeit = 1.5 Millionen Jahre) zur Datierung alter Klimaarchive (z.B. tiefer Eisbohrkerne) an. Bevor jedoch Al-26 als ein sogenannter 'Proxy' für Klimaprozesse verwendet werden kann, muss Grundlagenarbeit geleistet werden. Im speziellen müssen die Quellen und Transportvorgänge von Al-26 in der Atmosphäre studiert werden. Damit verbunden ist die Entwicklung geeigneter Verfahren für die Messung von Luft- und Eisproben. Ein wichtige Voraussetzung für dieses Projekt ist die Existenz einer modernen Anlage für Beschleunigermassenspektrometrie. Der Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) am Institut für Isotopenforschung und Kernphysik der Universität Wien bietet ideale Bedingungen für Messungen von Al-26. Mit dieser Anlage wurde kürzlich das weltweit niedrigste Isotopenverhältnis von Al-26/Al-27 (ca5e-16) gemessen. Das vorgeschlagene Projekt soll in enger Zusammenarbeit mit der 'Eisgruppe' des Instituts für Umweltphysik (IUP) der Universität Heidelberg durchgeführt werden. Das IUP wird nicht nur Proben von Luftfiltern und Eis aus der Atarktis und anderen Bereichen der Erde zur Verfügung stellen, sondern auch seine langjährige Erfahrung in Atmosphären- und Klimaforschung einbringen. Wir sind der Überzeugung, daß sich die verschiedenen Erfahrungsbereiche der zwei Gruppen für dieses multidisziplinäre Projekt optimal ergänzen.
Im 18. und 19. Jahrhundert nehmen die medizinischen Topographien, manchmal auch hygienische oder sanitäre Ortsbeschreibungen genannt, einen wichtigen Platz in der zeitgenössischen Medizinalliteratur ein: Veranlasst durch Verwaltungsvorschriften ('medicinische Policey') oder auch Preisfragen wissenschaftlicher Akademien verfassten Ärzte detaillierte Beschreibungen der Gebiete, in denen sie tätig waren, mit dem Anspruch, alles zu erfassen und zu schildern, was als die Gesundheit der EinwohnerInnen beeinflussend betrachtet wurde - Klimadaten, Wasser- und Luftanalysen sowie demografischen Statistiken haben dort ebenso ihren Platz wie Erörterungen zu städtebaulichen Gegebenheiten oder zu Ernährung und Lebensweise der EinwohnerInnen. Diese Berichte sollten dazu dienen, den zuständigen Behörden einen Maßnahmenkatalog an die Hand zu geben, um die hygienischen Bedingungen in den Städten zu verbessern, wandten sich aber auch in aufklärerischer Absicht an die Bevölkerung. Bisher wurden solche Ortsbeschreibungen vor allem unter medizinhistorischen und volkskundlichen Aspekten als Quellen genutzt. In diesem Projekt sollen medizinische Topographien von großen deutschen Städten unter einer umweltgeschichtlichen Perspektive ausgewertet werden, um die Wahrnehmungs- und Umgehensweisen der Autoren bezüglich ihrer Umwelt, sowohl der naturalen als auch der anthropogen gestalteten, herauszuarbeiten.
Daten zur Luftschadstoffbelastung in Form von Immissionskonzentrationen sollen aktualisiert, analysiert und bewertet werden. Bislang wurde die Belastung durch Schwefeldioxid in den Vordergrund gestellt. Verhaeltnismaessig lange Zeitreihen (z.T. 10 Jahre und mehr) und eine raeumlich fast zufriedenstellende Anordnung von Messnetzen ermoeglichen jetzt erste Aussagen ueber die raeumliche und zeitliche Entwicklung der Belastungssituation. Die weiteren wichtigen Schadstoffkomponenten wurden - abgesehen vom Stickstoffdioxid in Reinluftgebieten - noch nicht so gruendlich untersucht wie das Schwefeldioxid. Die Stickoxide sollen daher zusammen mit Schwebstaub in den kuenftigen Analysen ein staerkere Beruecksichtigung finden als bisher. Ueber diese Schadstoffe liegen zwar weniger dichte Messnetze vor; trotzdem werden raeumlich gut differenzierte Aussagen erwartet. Forschungsfragen sind: Entwickelt sich die Belastung durch NO2 und Schwebstaub parallel zu der durch SO2 verursachten Belastung ? Wie sind Schwankungen der Belastung innerhalb der einzelnen Regionstypen zu bewerten ? Lassen sich die Zeitreihen meteorologisch bereinigen, um die Wirkungen von Massnahmen der Luftreinhaltung zu erkennen und zu bewerten ? Koennen mit Hilfe der Belastungsdaten der verschiedenen Schadstoffkomponenten regional differenzierte Belastungstypen herausgearbeitet werden ? Diese Frage ist unter raumplanerischen Aspekten von groesstem Interesse, da sie die Verbindung zur raeumlichen Emissionsstruktur herstellt. Vervollstaendigung und Aktualisierung der Immissionsdaten aus den Laendermessnetzen; Zeitreihenanalysen der NO2- und Schwebstaubbelastung im Vergleich zur SO2-Belastung; ...