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Bildung und Untersuchung stratosphärisch relevanter fester Phasen in der AIDA Aerosolkammer

Budz, Peter

English Title: Formation of solid particles under simulated atmospheric conditions

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PDF, German
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Abstract

An einer großen Aerosolkammer können Bildungsprozesse atmosphärisch relevanter fester Phasen von Aerosolen untersucht werden. Genaue Messungen der Teilchenzusammensetzung sowie ihrer zeitlicher Änderungen unter kontrollierbaren Bedingungen können mit einem Aerosolstrahlmassenspektrometer durchgeführt werden. Dazu werden die Teilchen von dem umgebenden Gas mittels einer aerodynamischen Linse in einem differentiell gepumpten Kammersystem getrennt und abschließend verdampft. Das so entstandene Gas wird mit einem Quadrupolmassenspektrometer nachgewiesen. Adiabatische Kühlprozesse, wie sie in Leewellen in der Atmosphäre beobachtet wurden und für die Bildung von Zirren in der Troposphäre sowie von PSC's in der Stratosphäre mitverantwortlich sind, können durch eine geeignete Pumptechnik in der Aerosolkammer simuliert werden. Dabei führt eine eisbeschichtete Kammerwand zur Übersättigung des Aerosolsystems gegenüber Eis und zur Möglichkeit der homogenen Eisnukleation. Experimente zur Untersuchung homogener Nukleation wurden mit flüssigen binären H2SO4/H2O Aerosolen bzw. mit ternären HNO3/H20/H2SO4 Aerosolen durchgeführt. Der Zeitpunkt des induzierten Phasenübergangs wurde während einer Leewellensimulation genau bestimmt und daraus die Eisübersättigung zu diesen Zeitpunkt abgeleitet. Es wurden für das binäre und das ternäre System Eisübersättigungen von 1,65 bei 189 K bzw. 1,62 bei 184 K ermittelt. Durch diese Messungen konnte die Gültigkeit von Modellrechnungen für die Bestimmung der Eisübersättigung bestätigt werden.

Translation of abstract (English)

Experiments within a large aerosol chamber lead to a better understanding of the formation processes of solid particles under simulated atmospheric conditions. Investigations of particle composition and associated changes under well controlled conditions accomplished with an aerosol composition mass spectrometer. Particles are separated from ambient gas using an aerodynamic lens and a differentially pumped chamber system. The particles are evaporated and analyzed by a quadrupol mass spectrometer. Adiabatic cooling processes, which are observed in atmospheric lee waves and which are responsible for the formation of cirrus clouds in the upper troposphere and polar stratospheric clouds (PSC's) in the stratosphere, can be simulated within the aerosol chamber by expansion cooling. During this process an ice coated wall produces conditions of super saturation for the aerosols with respect to ice and creates the possibility of homogeneous ice nucleation. Therefore, freezing experiments were performed with liquid binary H2SO4/H2O and ternary HNO3/H2SO4/H2O aerosol systems in a temperature range between 185 to 238 K. The onset of the induced phase transition during a lee wave simulation was measured and the corresponding ice saturation ratio at this moment was found to be 1,65 at 189 K for the binary system and 1,62 at 184 K for the ternary system. With these measurements the validity of model calculations for ice saturation ratios could be confirmed.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Mauersberger, Prof. Dr. Konrad
Date of thesis defense: 18 December 2002
Date Deposited: 11 Feb 2003 07:37
Date: 2002
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Ozonloch, Cirrus, Massenspektrometer, Tieftemperaturtechnik, Übersättigung
Uncontrolled Keywords: Aerosole , Leewelle , Eisnukleation , Phasenübergangaerosol , leewave , supersaturation , ice , nucleation
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