Kap.5.3

5.4 Zeitlicher Verlauf ausgewählter Aerosolkomponenten

5.4.1 JFJ91

Es wurden 54 Probenahmen mit dem ADS durchgeführt. Sieben davon konnten nicht für die Auswertung herangezogen werden, da sich Schnee im ADS angesammelt hatte und dadurch die Partikel/Gas-Trennung nicht möglich war. Bei 10 Probenahmen fiel zumindest zeitweise Schnee. Ein Übersicht über die Mittelwerte der Aerosolkonzentrationen gibt Tab. 12, der zeitliche Verlauf ist in Abb.18 dargestellt. Die Summe der wasserlöslichen Salze wurde aus den Daten des PTFE-Filters berechnet.

Fünf Werte für Na+ wurden von der Auswertung ausgeschlossen, da Na+ bei diesen Proben mehr als 50% zu der Kationenäquivalentkonzentration beisteuerte, was auf eine Kontamination des PTFE-Filters durch NaF aus der Denuderbeschichtung hindeutete. Bei den anderen Proben ist eine Kontamination zwar auch nicht auszuschließen, sie ist aber keinesfalls so gravierend.

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Abb. 18.: Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen einiger Aerosolkomponenten am Jungfraujoch, 26.4.-30.5.92

Die beobachteten Aerosolkonzentrationen werden nicht nur durch Ferntransporte, sondern auch durch lokale Quellen beeinflußt. Die Epiphaniometerdaten zeigen für den Zeitraum der Meßkampagne den Aufstieg von Luftmassen aus dem Tal am späten Nachmittag. Inversionsschichten traten nur an einigen Tagen in den Nachtstunden auf, was sich an den Radiosondierungen aus Payerne ablesen läßt.

Die Feinstaubkomponenten NH4+, NO3- und SO42- zeigten einen parallelen zeitlichen Verlauf. Ein erstes Konzentrationsmaximum trat am 28.4. bei Westwind auf. Bei Wind aus N bis NO, der auf W bis NW drehte, konnten vom 3.-14.5. niedrige bis mittlere Konzentrationen beobachtet werden. Am 12.5. sanken die Konzentrationen dieser drei Spezies nach Schneefall bis in den Bereich der Nachweisgrenzen, um danach bis zum 18.5. (N/NO-Wind) stark anzusteigen. Vom 20.5. an setzte wiederholt Schneefall ein bei S- bis SW-Wind. In dieser Zeit stiegen die Konzentrationen wieder an.

Die NH3- und HNO3-Konzentrationen zeigten eine geringere Variationsbreite. Teilweise ergab sich ein gegenläufiger Verlauf, da durch das NH4NO3-Dissoziationsgleichgewicht eine Obergrenze für die Summe der Konzentrationen der beiden Gase gegeben ist. Dies gilt allerdings nur, wenn sich ein Gleichgewicht einstellen kann, was z.B. bei fortlaufender Auswaschung durch Schneeflocken nicht der Fall ist.

Calcium als Grobstaubelement zeigt ein von den Feinstaubkomponenten abweichendes Verhaltensmuster. Bei der Probenaufarbeitung wurde das wäßrige Filtereluat erst vor der F-AAS-Messung mit HNO3 angesäuert. Auf diese Art wird hier nur der wasserlösliche Calcium-Anteil im Aerosol erfaßt. Die Gesamt-Ca-Bestimmung erfolgte zusammen mit den Schwermetallbestimmmungen. Kalium verhielt sich im Konzentrationsverlauf ähnlich wie Ca. Auch hier wurde auf den Backup-Filtern nur der wasserlösliche Anteil erfaßt.

Eine Einteilung der Proben nach der vorherrschenden Windrichtung während der Probenahme (anhand der 500 HPa-Höhenwetterkarten abgeschätzt) ergab 17 Fälle bei NO/O-Wind, 21 bei SW/W-Wind und 6 bei NW/N-Wind. Um eine zu starke Zersplitterung des Datensatzes zu vermeiden, wurden Gruppen mit ähnlicher Herkunft und gleicher lokaler Windrichtung zusammengefaßt. Bei 2 Proben war keine Zuordnung möglich, da die Windrichtung nahe dem Mittelpunkt eines Tiefdruckwirbels nicht aus der Karte zu entnehmen war. Von den 10 Schneefallereignissen fanden 7 bei SO-wind, 2 bei NW-Wind und 1 bei wechselnden Windrichtungen statt.

Tab.12: Mittelwerte der Aerosolkonzentrationen in ng/m³ einiger Spezies am Jungfraujoch 26.4.-30.5.92. für alle Proben sowie getrennt nach Schneefall und Hauptwindrichtung.

Spezies

Mittel

Schneefall

Wind

   

ohne

mit

NO/O

SW/W

NW/N

Anzahl

47

37

10

17

21

6

HNO3

185

189

157

182

194

152

NH3

124

127

114

134

132

75

Cl-

34

38

23

49

28

32

NO3-

191

221

79

365

97

103

SO42-

1140

1197

927

1380

1070

1001

NH4+

349

389

199

552

256

194

K+

20

21

16

31

15

11

Ca2+

159

170

119

220

129

146

Na+

51

51*

55*

47

55

75

S wasserlösliche Salze

1939

2085

1398

2643

1636

1562

* basiert nur auf 6 Werten, siehe Text

   

Die Mittelwerte der Konzentrationen waren aufgrund der Auswaschungseffekte bei Schneefall niedriger. Aufgrund der hohen Ausfallrate von Probenahmen während der Schneefallereignisse sind diese Unterschiede hier jedoch nur qualitativ zu betrachten. Die Unterschiede erwiesen sich als statistisch nicht signifikant.

Bei Wind aus N/NO waren die Konzentrationsmittelwerte am höchsten, während sie bei den Proben der beiden anderen Windrichtungen annähernd gleich groß sind. Mit einem
t-Test (BRONSTEIN 1981) wurde überprüft, ob die Mittelwerte der Windrichtungen mit 95 %iger Wahrscheinlichkeit voneinander verschieden waren. Signifikante Unterschiede wurden dabei nicht gefunden. Mögliche Quellgebiete für in Luftmassen aus N und NO enthaltene Spezies sind z.B. Süddeutschland, Polen und die ehemalige CSSR. Dort freigesetzte Stick- und Schwefeloxide reagieren während des Transports zumindestens teilweise zu Nitraten und Sulfaten.

5.4.3 JFJ93

Vom 20.10. - 15.11.93 wurden 55 Probenahmen mit dem ADS durchgeführt, von denen 11 aufgrund des Eindringens von Schnee oder Verreifung nicht mit in die Auswertung einbezogen wurden. Es blieben 44 Datensätze, wovon 12 bei Schneefällen gemessen wurden.

Die Mittelwerte der Konzentrationen der wasserlöslichen Aerosolkomponenten sowie von HNO3 und NH3 sind in Tab. 13 aufgeführt. Eine offensichtliche Na+-Kontamination durch NaF aus den ADS-Rohren trat bei 5 Proben auf, diese wurden von der Auswertung ausgeschlossen.

Tab.13: Konzentrationsmittelwerte in [ng/m³] von Aerosolkomponenten am Jungfraujoch, Meßkampagne JFJ93, 20.10.-14.11.93.

Spezies

alle

Schneefall

Wind

   

ohne

mit

NO/O

SO/S

SW/W

NW/N

HNO3

105

119

69

134

76

60

156

NH3

21

26

9

14

23

21

27

NO3-

8

10

4

8

5

9

6

SO42-

152

184

67

264

48

132

203

NH4+

43

44

39

32

29

66

51

Na+

18

13

34

24

16

23

12

K+

6

6

5

5

5

11

7

Ca2+

45

47

40

37

40

59

47

Mg2+

5

6

5

6

5

6

4

S wasserlösliche Salze

312

340

236

368

148

302

329

Im Gegensatz zur Meßkampagne JFJ92 waren hier die HNO3--Konzentrationen deutlich höher als die NH3-Konzentrationen, die zum Teil unter der Bestimmungsgrenze von 10 ng/m³ lagen. Die NO3-Konzentrationen waren ebenfalls oft unter der Grenze von

3 ng/m³. Aufgrund der hohen SO42-- und der niedrigen NH4+-Konzentrationen liegt die Vermutung nahe, daß NH4HSO4 oder (NH4)H3 (SO4)2 in der Partikelphase vorliegen.

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Abb.19.: Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen einiger wasserlöslicher Aerosolkomponenten am Jungfraujoch, 20.10.-13.11.93

Bei der Aufteilung der Datensätze der einzelnen Probenahmen hinsichtlich der Windrichtung (nach der Höhenwetterkarte) ist keine Bevorzugung eines Sektors bei den größten oder kleinsten Konzentrationsmittelwerten zu erkennen (Tab.13).

Die Konzentrationen in den bei Schneefall gesammelten Proben waren im Mittel niedriger als bei den Proben ohne Schnee. Dieser Effekt wurde auch bei der Meßkampagne JFJ92 beobachtet. Nur das Verhalten von Na weicht von diesem Schema ab. Die Ursache dafür ist eine Kontamination des Filters mit NaF.

Vom 25.10. bis zum 30.10. waren die Konzentrationen der wasserlöslichen Aerosolbestandteile bei Wind aus Ost bis Süd erhöht. Die Konzentrationsmaxima von HNO3- und SO42- traten zu Beginn dieses Zeitraums, der Ca2+-Peak trat erst am 28.10. auf. Eine Inversionsschicht trennte vom 28.10. bis zum 5.11. das Jungfraujoch von den niedriger gelegenen Schadstoffquellen (Radiosondierung Payerne). Am 3.11. trat ein Konzentrationsmaximum nur für Ca2+ auf. Vom 8. bis zum 15.11. zeigten die Konzentrationen größere Schwankungen. In dieser Zeit fiel mehrfach Schnee, der Wind kam aus Nordwest. Unter Tiefdruckeinfluß wurde keine Inversionsschicht mehr ausgebildet, es fand eine gute Durchmischung der Luftschichten statt.

Kap.5.5

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