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Sekundäres organisches Aerosol (SOA)

1990

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Sekundäre organische Aerosole (SOA) sind feine Partikel in der Luft, die durch die Oxidation von flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphäre entstehen. Gasförmige flüchtige organische Verbindungen reagieren mit Oxidationsmitteln wie [latex]O_3[/latex], [latex]\bullet OH[/latex] oder [latex]NO_3\bullet[/latex] zu schwerflüchtigen Produkten. Diese Produkte können dann in Gaspartikel umgewandelt werden, indem sie entweder neue Partikel bilden (Keimbildung) oder an bereits vorhandenen Aerosolen kondensieren. SOAs sind ein Hauptbestandteil von PM2,5 und wirken sich auf das Klima und die menschliche Gesundheit aus.

Die Bildung sekundärer organischer Aerosole (SOA) ist ein entscheidender, aber hochkomplexer atmosphärischer Prozess. Er beginnt mit der Oxidation einer flüchtigen organischen Verbindung (VOC) in der Gasphase, die entweder biogenen (z. B. α-Pinen) oder anthropogenen Ursprungs sein kann (z. B. Toluol). Bei diesem ersten Oxidationsschritt werden funktionelle Gruppen wie Hydroxyl (-OH), Carbonyl (=O) und Carboxyl (-COOH) an das Kohlenstoffgerüst angefügt. Diese Gruppen verringern die Flüchtigkeit des Moleküls (seine Tendenz, in der Gasphase zu verbleiben).

After one or more oxidation steps, the resulting products may have sufficiently low vapor pressure to partition into the particle phase. This partitioning is governed by absorptive partitioning theory, where the semi-volatile gas dissolves into an existing organic aerosol phase. Alternatively, if concentrations of very low volatility products are high enough, they can nucleate to form entirely new particles. The chemistry can continue within the aerosol particle itself (aqueous-phase or multiphase chemistry), leading to the formation of even larger, more complex molecules and further increasing the particle’s mass. Because SOAs can scatter and absorb solar radiation and act as cloud condensation nuclei, they play a significant, yet uncertain, role in the Earth’s climate system.

Klima, Umwelttechnik, Umweltauswirkungen, Verschmutzung, Nachhaltige Entwicklung, Flüchtige organische Verbindungen (VOC)

UNESCO Nomenclature: 2501

- Atmosphärische Wissenschaften

Typ

Ökologischer Prozess

Störung

Inkremental

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

Verständnis der Oxidationschemie von flüchtigen organischen Verbindungen (Ozonbildung)
Entwicklung von Aerosolmessinstrumenten (z. B. Scanning Mobility Particle Sizer)
Aitkens Entdeckung der Kondensationskerne
Gas-Partikel-Partitionierungstheorie (Pankow, 1994)
Anerkennung von Feinstaub als großes Gesundheitsrisiko

Anwendungen

Klimamodellierung (Aerosol-Wolken-Wechselwirkung)
Studien zur öffentlichen Gesundheit über Feinstaub
Luftqualitätsmanagement und -regulierung
Sichtbarkeits- und Dunstforschung
source apportionment studies for pollution events

Patente:

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandte Themen: SOA, sekundäres organisches Aerosol, Feinstaub, PM2,5, Atmosphärenchemie, VOC-Oxidation, Nukleation, Gas-zu-Partikel-Umwandlung, Klima, Aerosol.

Historischer Kontext

Laboranalyse von biogenen flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphärenchemie.

Biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs)

Biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOC) sind flüchtige organische Verbindungen, die von lebenden Organismen, vor allem Pflanzen, produziert und emittiert werden. Isopren ([latex]C_5H_8[/latex]) und Terpene sind die am häufigsten vorkommenden BVOCs. Obwohl sie natürlich vorkommen, sind ihre Emissionen enorm und übersteigen weltweit die der anthropogenen VOC. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Pflanzenabwehr und der Signalübertragung und sind wichtige Vorläufer für atmosphärisches Ozon und sekundäre organische Aerosole, die die Luftqualität und das Klima beeinflussen.

Paläontologe, der Dinosaurierfossilien in geologischen Schichten ausgräbt, die das Massenaussterben illustrieren.

Die “großen fünf” Massenaussterben

Die „Big Five“ sind fünf große Aussterbeereignisse der Erdgeschichte, bei denen innerhalb eines geologisch kurzen Zeitraums über 75 % der Arten verschwanden. Jack Sepkoski und David M. Raup identifizierten sie als Ordovizium-Silur, Oberdevon, Perm-Trias, Trias-Jura und Kreide-Paläogen. Diese Ereignisse veränderten die Biosphäre grundlegend und eröffneten Möglichkeiten für die Ausbreitung neuen Lebensformen.

Techniker im Außendienst, der chemische In-situ-Oxidation zur Sanierung von Schadstoffen in der Umwelt durchführt.

Chemische Oxidation vor Ort (ISCO)

Die chemische In-situ-Oxidation (ISCO) ist eine aggressive Sanierungstechnologie, bei der starke chemische Oxidationsmittel direkt in den kontaminierten Untergrund eingebracht werden, um Schadstoffe zu zerstören. Gängige Oxidationsmittel sind Permanganat, Persulfat, Wasserstoffperoxid (Fenton-Reagenz) und Ozon. Diese Chemikalien reagieren mit Schadstoffen und wandeln sie in weniger giftige Substanzen wie Kohlendioxid, Wasser und anorganische Salze um, ohne dass das kontaminierte Material ausgegraben werden muss.

Sekundäres organisches Aerosol (SOA)

Tiefsee-Forschungsschiff zur Durchführung von Experimenten zur Kohlenstoffbindung in der Ozeanographie.

Kohlenstoffbindung im Ozean

Dabei wird CO2 abgeschieden und in der Tiefsee gespeichert, der größten Kohlenstoffsenke der Erde. Zu den Methoden gehören die direkte Injektion von flüssigem CO2 in die Wassersäule oder auf den Tiefseeboden sowie die Ozeandüngung zur Förderung des Phytoplanktonwachstums, das CO2 durch Photosynthese absorbiert. Beide Ansätze sind mit erheblichen Umweltproblemen verbunden, vor allem mit der Versauerung der Ozeane und unvorhersehbaren Auswirkungen auf die Meeresökosysteme.

Biokapazität

Die Biokapazität ist ein Maß, das die Regenerationsfähigkeit der Biosphäre in einem bestimmten Jahr darstellt. Sie misst die Menge an biologisch produktiver Land- und Meeresfläche, die unter den derzeitigen Bewirtschaftungspraktiken zur Verfügung steht, um Ressourcen bereitzustellen und Abfälle zu absorbieren. Sie ist die „Angebotsseite“ der ökologischen Bilanz, die zur Berechnung des Earth Overshoot Day verwendet wird und in globalen Hektar (gha) gemessen wird.

Toxikologe, der Fischproben in einem Labor auf PFAS analysiert.

Bioakkumulation und Biomagnifikation von PFAS

Im Gegensatz zu vielen persistenten organischen Schadstoffen, die sich im Fettgewebe anreichern, binden langkettige PFAS wie PFOA und PFOS vor allem an Proteine im Blutserum (z. B. Albumin) und reichern sich in gut durchbluteten Organen wie der Leber an. Dies führt zu einer Bioakkumulation innerhalb eines Organismus und einer Biomagnifikation entlang der Nahrungskette, was zu höheren Konzentrationen in Spitzenprädatoren, einschließlich des Menschen, führt.

1980

1982

1990

2000

1980

1982

1990

1993

2001-09-01

Bodenluftentnahmestelle mit Entnahmebrunnen und Überwachungsgeräten für die VOC-Sanierung.

Bodenluftextraktion (SVE)

Die Bodenluftabsaugung (SVE) ist eine physikalische Sanierungstechnologie vor Ort, die für flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und einige schwerflüchtige organische Verbindungen (SVOCs) in ungesättigten Böden (der ungesättigten Zone) eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren wird über Absaugbrunnen ein Vakuum auf den Boden aufgebracht, wodurch ein Druckgradient entsteht, der gasförmige Schadstoffe durch den Boden wandern und zur Behandlung auffangen kann.

Einschlagskrater Chicxulub mit geologischen Beweisen für die Alvarez-Hypothese.

Alvarez-Hypothese zum K-Pg-Aussterben

Die Alvarez-Hypothese geht davon aus, dass das Massenaussterben an der Kreide-Paläogen-Grenze (K-Pg), das die nicht-aviären Dinosaurier auslöschte, durch den Einschlag eines großen Asteroiden verursacht wurde. Die 1980 aufgestellte Hypothese war der Hauptbeweis für die Entstehung dieser Hypothese eine ungewöhnlich hohe Konzentration von Iridium, einem auf der Erdoberfläche seltenen, auf Asteroiden jedoch häufig vorkommenden Element, das in einer Tonschicht an dieser Grenze gefunden wurde.

Paläontologe, der fossile Proben in einem Labor analysiert und sich dabei auf Aussterbeereignisse konzentriert.

Der Signor-Lipps-Effekt

Der Signor-Lipps-Effekt ist ein paläontologisches Prinzip, das besagt, dass das letzte bekannte Fossil einer Art aufgrund der Unvollständigkeit des Fossilienbestands mit ziemlicher Sicherheit vor dem tatsächlichen Aussterben dieser Art existiert. Dieses Artefakt kann dazu führen, dass abrupte Massenaussterben im Fossilienbestand allmählich erscheinen, da die letzten Vorkommen verschiedener Arten zeitlich verwischt werden.

Laboranalyse von flüchtigen organischen Verbindungen mit Hilfe der Gaschromatographie in der organischen Chemie.

Flüchtige organische Verbindungen (VOC)

Eine flüchtige organische Verbindung (VOC) ist eine organische Chemikalie, die bei Raumtemperatur einen hohen Dampfdruck aufweist und daher stark verdunstet. Diese Eigenschaft ist auf den niedrigen Siedepunkt zurückzuführen. Die Europäische Union definiert VOC als jede organische Verbindung mit einem Siedepunkt von höchstens 250 °C bei einem Standarddruck von 101,3 kPa.

Geologischer Standort für die Kohlenstoffsequestrierung mit Injektionsbohrungen und Pipelines für die CO2-Speicherung.

Geologische Kohlenstoffbindung

Der Prozess der Abscheidung von Kohlendioxid (CO2) aus großen Punktquellen wie Kraftwerken und dessen Einpressung in tiefe Gesteinsformationen zur langfristigen Speicherung. Geeignete Formationen sind beispielsweise salzhaltige Grundwasserleiter, erschöpfte Öl- und Gaslagerstätten sowie nicht abbaubare Kohleflöze. Das CO2 wird durch ein undurchlässiges Deckgestein und verschiedene physikalische und chemische Mechanismen gebunden, wodurch seine Freisetzung in die Atmosphäre verhindert wird.

Stadtplanungstreffen zur Erörterung der Metrik des ökologischen Fußabdrucks im Umweltmanagement.

Ökologischer Fußabdruck

Der ökologische Fußabdruck ist eine Kennzahl zur Ressourcenberechnung, die die menschliche Inanspruchnahme der Natur misst. Er quantifiziert die Menge an biologisch produktiver Land- und Meeresfläche, die benötigt wird, um die von einer Bevölkerung verbrauchten Ressourcen (wie Nahrungsmittel, Fasern und Holz) zu produzieren und ihre Abfälle, insbesondere Kohlenstoffemissionen, zu absorbieren. Er ist die „Nachfrageseite“ der Berechnung des Earth Overshoot Day (EOD).

Umweltökonomen bei der Analyse von Daten über Kohlenstoffemissionen in einem modernen Büro.

Also Identität

Die Kaya-Identität ist eine mathematische Formel, die besagt, dass die Gesamthöhe der Kohlendioxidemissionen als das Produkt von vier Faktoren ausgedrückt werden kann: Bevölkerungszahl, Pro-Kopf-BIP, Energieintensität (Energie pro BIP-Einheit) und Kohlenstoffintensität (Emissionen pro Energieeinheit). Die Formel lautet [latex]F = P \mal \frac{G}{P} \mal \frac{E}{G} \mal \frac{F}{E}[/latex], wobei F die CO2-Emissionen, P die Bevölkerung, G das BIP und E der Energieverbrauch sind.

Unternehmenstreffen zur Erörterung des Umfangs der Treibhausgasemissionen im Umweltmanagement.

Emissionsbereiche des Treibhausgasprotokolls

Das Greenhouse Gas (GHG) Protocol kategorisiert Treibhausgasemissionen in drei Bereiche. Bereich 1 umfasst direkte Emissionen aus eigenen oder kontrollierten Quellen. Bereich 2 umfasst indirekte Emissionen aus der Erzeugung von zugekauftem Strom, Dampf, Wärme und Kälte. Bereich 3 umfasst alle anderen indirekten Emissionen, die in der Wertschöpfungskette eines Unternehmens sowohl vor- als auch nachgelagert entstehen, wie z. B. gekaufte Waren, Geschäftsreisen und Produktnutzung.

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)