Onderzoeksproject CG/DD1/03 (Onderzoeksactie CG)
Context
Atmosferische aërosoldeeltjes hebben een invloed op het klimaat. Ze kunnen invallend zonlicht weerkaatsen of absorberen (direct effect) en dienst doen als condensatiekernen van wolken, die op hun beurt het zonlicht terugkaatsen (indirect effect). De klimaatimpact van aërosolen wordt sterk bepaald door de grootte van de deeltjes en hun chemische samenstelling.
Doelstellingen
Het project heeft tot doel bij te dragen tot de verbetering van de kennis van de bronnen, ruimtelijke verdeling en eigenschappen van de troposferische aërosolen die van belang zijn voor het klimaat.
Hiertoe worden studies verricht op sites, die representatief zijn voor een groot gebied of gelegen zijn in (of windafwaarts van) streken waarvan verwacht wordt dat de radiatieve "forcing" door antropogene aërosolen erg belangrijk is. Zowel in lange-termijn programma's als in intensieve meetcampagnes worden de chemische, fysische en optische (radiatieve) eigenschappen van het fijn (submicrometer) aërosol gemeten. De relatieve bijdragen van de belangrijke radiatief-actieve aërosoltypes worden bepaald; de natuurlijke en antropogene bijdragen voor een aantal van die aërosoltypes worden onderscheiden en de bronnen, bronprocessen, brongebieden en transport mechanismen van de aërosolen worden nagegaan. Er wordt onderzocht in welke mate de fijne aërosolmassa kan worden gereconstitueerd op basis van de gemeten aërosoltypes (en dus massa "closure" kan worden bereikt); en de verschillende aërosol data sets worden met elkaar in verband gebracht en aangewend voor modelberekeningen van de optische aërosol eigenschappen of van de radiatieve "forcing".
Als onderdeel van het project worden nieuwe methoden en technieken ontwikkeld en geïmplementeerd voor aërosolcollectie, voor "bulk" en individuele deeltjesanalyse en voor de interpretatie en interrelatie van de gegevens.
Partners
Structuur van de samenwerking:
1. Coördinator:
Willy Maenhaut, Universiteit Gent (RUG), Vakgroep Analytische Chemie, Onderzoeksgroep Troposferisch Aërosolonderzoek en Nucleaire Microanalyse.
2. Andere promotoren:
a. Freddy Adams, Universiteit Antwerpen (UIA), Centrum voor Micro- en Sporenanalyse (MiTAC).
b. Magda Claeys, Universiteit Antwerpen (UIA), Departement Farmaceutische Wetenschappen, Onderzoeksgroep Bio-organische Massaspectrometrie.
De ploeg van de coördinator staat in voor de collectie en selectie van de aërosolmonsters, die door de twee UIA ploegen worden onderzocht. Op vergaderingen, die doorgaans aan de UIA doorgaan, wordt de vordering van het onderzoek besproken en worden de bekomen resultaten geëvalueerd. Het gemeenschappelijk onderzoek wordt voorgesteld op internationale conferenties en neergeschreven in wetenschappelijke artikels.
Methodologieën
De RUG ploeg verzorgt de aërosolcollecties en voert de overgrote meerderheid van de "bulk" analysen uit. Voor de monsternemingen wordt meestal gebruik gemaakt van filters of filtercassettes, waarbij het fijn (PM2.5) aërosol apart wordt gecollecteerd of het aërosol in twee deeltjesgroottefracties (fijn en grof) wordt gescheiden. In intensieve campagnes worden ook cascade impactoren aangewend om een scheiding in verschillende deeltjesgrootteklassen (tot 10 of meer) te bekomen. De RUG bulk analysen houden de bepaling in van de deeltjesmassa, van organische en roetkoolstof, van wateroplosbare ionaire componenten (bv. sulfaat), en van hoofd-, neven- en spoorelementen.
De bepaling van organische en roetkoolstof gebeurt met een thermo-optische techniek. Voor de bepaling van sulfaat en andere ionen wordt ionenchromatografie gebruikt en de multi-elementanalysen gebeuren met protonengeïnduceerde X-straalemissie analyse en neutronenactiveringsanalyse. De RUG ploeg werkt nauw samen met een aantal buitenlandse groepen om de chemische aërosolmetingen aan te vullen met zuiver fysische en optische/radiatieve metingen. Onder meer de deeltjesaantal grootteverdeling en de aërosolstrooiings- en absorptiecoëfficiënten worden hierbij bepaald.
Het MiTAC verricht microscopisch onderzoek op de aërosoldeeltjes. Er wordt vooral gebruik gemaakt van elektronenprobe X-straal micro-analyse en scanning transmissie elektronenmicroscopie. Hiermee worden de afmetingen, vorm en elementaire samenstelling van individuele aërosoldeeltjes bepaald. Deze informatie laat toe de bronnen van de deeltjes te identificeren en de transformaties tijdens het atmosferisch transport te onderzoeken. De eigenschappen van de individuele aërosoldeeltjes zijn ook van groot nut voor het inschatten van hun impact op het klimaat. Er wordt ook pilootonderzoek verricht met nieuwe microscopische technieken zoals statische micro secundaire ionenmassaspectrometrie.
De onderzoeksgroep Bio-organische Massaspectrometrie van de UIA concentreert zich op de ontwikkeling en toepassing van chemische analysemethoden om de organische verbindingen in het aërosol te bepalen. Er wordt nagegaan welke organische verbindingen of klassen van verbindigen vooral bijdragen tot de massa van het organisch aërosol. Daarnaast worden een aantal "marker" verbindingen bepaald om de bijdragen van natuurlijke bronnen en van de menselijke activiteiten van elkaar te kunnen onderscheiden. Voor de chemische analyse van de organische verbindingen wordt gebruik gemaakt van capillaire gaschromatografie (GC) met vlamionisatiedetectie en van capillaire GC/massaspectrometrie.
Verwachte resultaten en bijproducten
Over de grootte van de klimaatimpact van atmosferische aërosolen en van de antropogene verstoring daarin bestaat nog een grote onzekerheid. Dit is te wijten aan onze gebrekkige kennis van de bronnen, verdelingen en eigenschappen van aërosolen op wereldschaal. Door onze studies dragen we bij om die onzekerheid te verlagen. Verder zijn de bekomen gegevenssets van nut om modelberekeningen over de vorming, verspreiding en klimaatimpact van aërosolen te toetsen.
Internationale samenwerking
Verschillende buitenlandse onderzoeksgroepen werken aan het onderzoeksproject mee. De belangrijkste hiervan zijn het Departement Biogeochemie van het Max Planck Instituut voor Chemie (MPIC), Mainz, Duitsland, en het Institute of Physics, University of Sao Paulo (USP), Brazilië. Binnen Europa is er verder samenwerking met groepen uit Finland, Zweden, Noorwegen en Frankrijk en buiten Europa met groepen uit Israel, zuidelijk Afrika en Australië.
Sources, physico-chemical characteritics and climate forcing of atmospheric aerosols: final report
Maenhaut, Willy - Adams, Freddy - Claeys, Magda Brussels: OSTC, 2001 (SP0983)
[Om te downloaden]
[Uitgeput]
Sources, caractéristiques physico-chimiques et forçage climatique des aérosols atmosphériques: synthèse
Bruxelles: SSTC, 2001 (SP0997)
[Om te downloaden]
Sources, physico-chemical characteristics, and climate forcing of atmospheric aerosols: synthesis
Brussels: OSTC, 2001 (SP0998)
[Om te downloaden]
Bronnen, fysico-chemische eigenschappen en klimaat "forcing" van atmosferische aërosolen: synthese
Brussel: DWTC, 2001 (SP0999)
[Om te downloaden]
