Troposphärenforschung 18. Nov 2019 idw/Bettina Reckter

Die größte natürliche Schwefelquelle in der Atmosphäre

Einen völlig neuen Reaktionsweg für die größte natürliche Schwefelquelle in der Atmosphäre konnte ein internationales Forschungsteam im Labor experimentell nachweisen. Über den neuen Abbaumechanismus für das hauptsächlich über den Weltmeeren freigesetzte Dimethylsulfid (DMS) berichtet das Team im Fachblatt The Journal of Physical Chemistry Letters.


Foto: Torsten Berndt, TROPOS

Die neuen Erkenntnisse von Forschern des Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), der Universität Innsbruck und der finnischen Universität Oulu zeigen, dass wichtige Schritte im Schwefelkreislauf der Erde noch nicht richtig verstanden waren. Die Wissenschaftler stellen die bisher angenommenen Bildungswege für Schwefeldioxid (SO2), Methansulfonsäure (MSA) und für Carbonylsulfid (OCS) ausgehend vom DMS infrage, die über die Bildung von natürlichen Partikeln und Wolken stark das Klima auf der Erde beeinflussen.

Für die Laborversuche kam am TROPOS in Leipzig ein Freistrahl-Strömungssystem zum Einsatz, mit dem sich Oxidationsreaktionen unter atmosphärischen Bedingungen ohne störende Wandeffekte untersuchen lassen. Die Produkte der Reaktionen wurden mit hochmodernen Massenspektrometern bei Verwendung verschiedener Ionisierungsmethoden gemessen. Bei den Untersuchungen zum Abbauprozess von Dimethylsulfid (DMS; CH3SCH3) zeigte sich, dass dies überwiegend über einen zweistufigen Radikal-Isomerisierungsprozess geschieht, bei dem als stabiles Zwischenprodukt HOOCH2SCHO sowie Hydroxylradikale entstehen.

Der Nachweis gelang erst jetzt

Über diesen Reaktionsweg wurde bereits seit vier Jahren theoretisch spekuliert, der tatsächliche Nachweis gelang dem deutsch-österreichisch-finnischen Team aber erst jetzt. „Das Zusammenspiel von optimalen Reaktionsbedingungen und hochempfindlichen Detektionsmethoden erlaubt uns, nahezu direkt in ein Reaktionssystem hineinzusehen“, berichtet Torsten Berndt vom TROPOS, der die Untersuchungen leitet.

Der neue Reaktionsweg ist deutlich schneller als die traditionellen bimolekularen Radikalreaktionen mit Stickstoffmonoxid (NO), Hydroperoxy-(HO2) und Peroxy-Radikalen (RO2). „Weiterführende Untersuchungen zum Abbau des Zwischenprodukts HOOCH2SCHO werden uns hoffentlich Klarheit über die Bildungskanäle besonders von Schwefeldioxid (SO2) und Carbonylsulfid (OCS) geben“, so Berndt weiter zu den anstehenden Untersuchungen.

Große Mengen Dimethylsulfid gasen aus den Ozeanen aus

Dimethylsulfid (DMS) ist ein schwefelhaltiges organisches Gas, das nahezu überall vorkommt: Das Abbauprodukt von Bakterien ist zum Beispiel Teil des menschlichen Mundgeruchs. Für das Klima von Bedeutung sind dagegen die großen Mengen, die bei Zersetzungsprozessen im Ozean entstehen und ausgasen: Pro Jahr gelangen so geschätzte zehn bis 35 Mio. t aus dem Meerwasser in die Atmosphäre.

DMS ist damit die größte natürliche Schwefelquelle für die Atmosphäre. Durch die Reaktion mit Hydroxyl-Radikalen bilden sich dort dann Schwefelsäure (H2SO4) ausgehend vom SO2 und Methansulfonsäure (MSA), die eine große Rolle bei der Bildung von natürlichen Partikeln (Aerosolen) und Wolken über den Ozeanen spielen. Von Bedeutung ist auch das Carbonylsulfid (OCS), das durch seine geringe Reaktivität in der Atmosphäre bis in die Stratosphäre eingemischt werden kann und dort zur Schwefelsäure-Aerosolbildung beiträgt und damit zur Kühlung der Erdatmosphäre.

Wissen über natürliche Aerosole verbessert

Die neuen Erkenntnisse über die Abbauwege des DMS helfen, das Wissen über die Bildung von natürlichen Aerosolen zu verbessern. Der Beitrag von Aerosolen und den daraus gebildeten Wolken ist immer noch die größte Unsicherheit in den Klimamodellen. Im Gegensatz zu Klimagasen wie Kohlendioxid sind die Prozesse bei der Wolkenbildung wesentlich komplexer und schwerer in Modellen wiederzugeben. TT

 

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