8. Zusammenfassung

Die Hochlagen der Alpen bieten in Europa einmalige Möglichkeiten zur Untersuchung von Aerosoltransport und Transferprozessen aus dem Aerosol in den Niederschlag. Im Winter sind diese Gebiete durch eine Inversionsschicht von Aerosolquellen in den angrenzenden Tälern abgeschottet, so daß der horizontale Transport von Aerosolen über größere Entfernungen beobachtet werden kann. Von Frühjahr bis Herbst sorgen durch Konvektion aufsteigende Luftmassen für einen vertikalen Aerosoltransport.

Bei Niederschlagsereignissen sind hochgelegene Orte wie z. B. die Hochalpine Forschungsstation Jungfraujoch von Wolken umgeben. Die an den Auswaschvorgängen beteiligten Phasen, Wolkenwassertröpfchen, Schneeflocken und Aerosol können gleichzeitig nebeneinander bestimmt werden. Die weitere Auswaschung auf dem Weg von der Wolkenunterkante bis zum Erdboden entfällt hier.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Neuschnee und Aerosol bei drei Intensivmeßkampagnen des Paul-Scherrer-Instituts, Villigen, Schweiz, auf der Hochalpinen Forschungsstation Jungfraujoch gesammelt. Im Aerosol wurden HNO3, NH3 und ihre Salze mit einem Ringspaltdenudersystem (ADS) gesammelt, das eine getrennte Erfassung von gasförmigen und partikulären Anteilen dieser Stickstoffverbindungen ermöglichte.

Die Eignung dieses Sammlers, dessen Aufbau im Rahmen der Meßkampagnen noch abgewandelt wurde, konnte durch Parallelprobenahmen mit Filterkaskaden bei Immissionsmeßkampagnen in Erfurt, Schwerin und Eilsum des Instituts für Anorganische und Angewandte Chemie, der Universität Hamburg, Abt. Angewandte Analytik überprüft werden. Die Reproduzierbarkeit wurde durch Parallelbetrieb zweier fast identisch aufgebauter ADS auf dem Gelände des Paul-Scherrer-Institus getestet. Die meteorologischen Gegebenheiten am Jungfraujoch mit Minustemperaturen und einem mittleren Luftdruck von 650 mbar konnten aber nicht in Vorversuchen berücksichtigt werden. Beim Vergleich mit einer von Mitarbeitern des PSI eingesetzten Filterkaskade stellte sich heraus, daß 1992 offensichtlich eine undichte Stelle im Unterdruckbereich des ADS zu Minderbefunden im Aerosol geführt hat. Das zur Salpetersäure-Abscheidung verwendete NaF kontaminierte den PTFE-Backup-Filter des ADS, so daß die Natrium-Daten nur eingeschränkt verwendet werden konnten.

Das ADS erwies sich als geeignet für die Durchführung von Probenahmen mit einer zeitlichen Auflösung von 12 Stunden. Je nach Aerosolbelastung kann auch eine höhere zeitliche Auflösung gewählt werden. Gegen das Eindringen von Neuschnee ist das ADS genauso empfindlich wie die eingesetzte Filterkaskade. Im Mittel über die drei Meßkampagnen wurden 126 ng/m3 HNO3, 73 ng/m3 NH3, 134 ng/m3 NH4+, 80 ng/m3 NO3- und 502 ng/m3 SO42- gefunden. Im Frühjahr waren die Konzentrationen im Mittel 2 bis 8mal höher als im Herbst.

Die Zuordnung der Datensätze zu den jeweils vorherrschenden Windrichtungen erfolgte anhand der Höhenwetterkarten der Schweizer Meteorologischen Anstalt in Zürich. Die lokalen Wind-Daten waren aufgrund der Lage des Jungfraujochs, die nur zwei Anströmrichtungen erlaubt, nicht verwertbar. Im Frühjahr 1992 waren die Konzentrationen bei Anströmung aus N/NO am größten, im Herbst 1993 war keine Windrichtung bevorzugt.

Mit einem Low-Volume-Sammler wurde Aerosol für die Schwermetallbestimmung auf PTFE-Filtern gesammelt. Nach der Aufarbeitung mittels Mikrowellen-Druckaufschluß wurden in den Proben mit AAS und ICP-MS zwischen 11 und 21 Elementgehalte bestimmt. Durch Berechnung der Anreicherungsfaktoren mit Al als Referenzelement wurden diese Elemente in Gruppen geogenen bzw. anthropogenen Ursprungs eingeteilt. Auf die anthropogenen Elemente entfielen u. a. Cd, Cu und Pb. Der Unterschied zwischen Frühjahrs- und Herbstkonzentrationsmittelwerten war etwas kleiner als bei den wasserlöslichen Aerosolbestandteilen. Bei der Einteilung der Proben nach Windrichtungen ergibt sich ein unterschiedliches Verhalten für Elemente geogenen bzw. anthropogenen Ursprungs mit unterschiedlichen Konzentrationsmaxima in Abhängigkeit von der Windrichtung. Ein Vergleich der Na-, K-, Ca- und Mg-Daten der ADS und der Schwermetallprobenahme zeigte keine Übereinstimmung. In den wäßrigen Eluaten wurden die Salze nur teilweise gelöst, bei den Druckaufschlüssen mit HF kam es zu Ca- und Mg-Verlusten.

Neuschneeproben wurden ebenfalls auf Schwermetalle untersucht. Dazu wurden die Proben durch Verdampfung eingeengt und aufgeschlossen. Durch die Anreicherung war es möglich, 19 Elemente analytisch zu erfassen. Die auf Al bezogenen Anreicherungsfaktoren waren niedriger als im Aerosol. Beim Vergleich mit Literaturdaten muß bei Krustenelementen die Art der Probenaufarbeitung beachtet werden. Der Transfer von Aerosolpartikeln findet auf mehreren Wegen statt. Mineralische Partikel fungieren als Eiskondensationskerne. Beim Wachstum der Eiskristalle werden durch Reifbildung Wolkenwassertröpfchen eingelagert. Feinstaubpartikel können durch Deposition auf die Kristalle gelangen. Eine lineare Beziehung zwischen Aerosol- und Neuschneekonzentrationen ist daher nur für einige Krustenelemente wie Fe und Ca annähernd zu erkennen.

In dieser Arbeit wurde gezeigt, daß die diskontinuierliche Probenahme von Aerosolen mit PTFE-Filtern und Denudersystemenfür die Bestimmung gasförmiger und partikulärer Stoffe in einem hochalpinen Gebiet mit einer zeitlichen Auflösung von 12 bis 24 h gut durchführbar ist. Die Untersuchung von Transportprozessen kann damit gut auf hochgelegenen Gebieten in den Alpen durchgeführt werden. Die Sammler benötigen aber noch einen besseren Schutz gegen das Eindringen von Schnee und Reif, da die Sammlung von Aerosolen bei Schneefall mit eine korrespondierenden Beprobung des Neuschnees für die Untersuchung der atmosphärischen Auswaschprozesse von Bedeutung ist. Die Untersuchung der Transport- und Auswaschprozesse kann durch die Auswertung von Schwermetalldaten gut ergänzt werden. Um aus Niederschlagsproben, wie z.B. Firn- oder Eisbohrkernen Rückschlüsse auf die entsprechende Aerosolzusammensetzung zur Zeit der Niederschlagsbildung ziehen zu können, sind jedoch weitere Forschungen erforderlich.

Inhalt