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Zusammensetzung polarer stratosphärischer Wolkenteilchen simuliert in einer Aerosolkammer

Zink, Peter

English Title: Composition of polar stratospheric cloud particles simulated in an aerosol chamber

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PDF, German
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Abstract

In einer Aerosolkammer können Teilchenänderungen unter kontrollierten Bedingungen untersucht werden. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis für den Bildungsprozeß polarer stratosphärischer Wolkenteilchen, die für den Ozonabbau wichtig sind. Hierfür wurde ein Aerosolstrahl-Massenspektrometer entwickelt, um die Zusammensetzung der Wolkenteilchen in der Kammer zu messen. Die Teilchen werden von der Umgebungsluft durch eine aerodynamische Linse und ein differentiell gepumptes Vakuumsystem getrennt. Nach anschließendem Verdampfen wird das entstehende Gas massenspektrometrisch untersucht. Das Instrument besitzt eine hohe Empfindlichkeit. Dies ist nötig, um trotz abnehmender Aerosolmenge in der Kammer lange Beobachtungszeiten zu gewährleisten. Die Zusammensetzung der Teilchen wurde für flüssige binäre H2SO4/H2O- und ternäre HNO3/H2SO4/H2O-Teilchen über Tage hinweg gemessen. Währenddessen wurden die Konzentrationen in der Gasphase und die Temperaturen im Bereich von 185 bis 230 K variiert. Durch diese Experimente konnte die Gültigkeit von Modellrechnungen für niedrigere Temperaturen bestätigt werden, als bisher untersucht wurden. Trotz langer Beobachtungszeiten bei Übersättigungen gegenüber festen Hydraten blieben die Teilchen flüssig. Auch bei Eisübersättigungen größer als 1,4 kam es nicht zu Phasenübergängen. Die Bildung fester Teilchen war nur durch die schnelle Zugabe von HNO3- und H2O-Gas möglich. In diesem Experiment wurde die Koexistenz von Eis und Salpetersäuretrihydrat unter Bedingungen der polaren Stratosphäre beobachtet.

Translation of abstract (English)

The investigation of particle changes under the controlled conditions in an aerosol chamber allows for a better understanding of polar stratospheric cloud formation responsible for ozone destruction. In this context an aerosol beam mass spectrometer system has been developed to measure the composition of cloud particles inside the chamber. Particles are separated from ambient air using an aerodynamic lens and a differentially pumped vacuum system. The beam particles are evaporated and analysed by mass spectrometry. The instrument offers a high sensitivity necessary for long observation times as the aerosol in the chamber decreases. Composition changes of liquid binary H2SO4/H2O and ternary HNO3/H2SO4/H2O particles have been studied for days by altering gas phase concentration and temperatures in the range of 185 to 230 K. With these measurements the validity of model calculations could be confirmed at lower temperatures compared to previous experiments. Despite long observation times the particles remained liquid under conditions supercooled to known solid hydrates. Even controlled ice supersaturations of more than 1.4 did not lead to phase changes. Solid particle formation was induced only by fast addition of HNO3 and H2O gas. In this experiment the coexistence of ice and the nitric acid trihydrate under polar stratospheric conditions could be observed.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Mauersberger, Prof. Dr. Konrad
Date of thesis defense: 28 June 2000
Date Deposited: 10 Aug 2000 00:00
Date: 2000
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Stratosphäre, Ozonloch, Atmosphärisches Aerosol, Massenspektrometrie
Uncontrolled Keywords: Polare stratosphärische Wolken , Phasenübergang , AerosolkammerStratosphere , Ozone loss , Atmospheric aerosol , Mass spectrometrie , Polar stratospheric clouds
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