Aerosol-Schwefelsäure in der Atmosphäre und im Nachlauf von Düsenflugzeugen: Entwicklung und Einsatz einer neuartigen, flugzeuggetragenen Massenspektrometersonde

Ein neuartiges, flugzeuggetragenes Instrument, genannt 'VACA' (Volatile Aerosol Component Analyzer), zur quantitativen Bestimmung von Aerosol-Schwefelsäure (H2SO4(ae)) wurde entwickelt. Die VACA-Methode basiert auf dem Verdampfen von Aerosolteilchen mit anschließendem Nachweis der gasförmigen H2SO4 durch Ionen-Molekül-Reaktions-Massenspektrometrie. Die Methode ist schnell und sehr empfindlich (Zeitauflösung 3 s, Nachweisgrenze 10 pptv) und bietet erstmalig die Möglichkeit zur on-line Messung von Aerosol-Schwefelsäure. Das VACA-System wurde in Laboruntersuchungen charakterisiert und kalibriert. Es wurde für flugzeuggetragene Messungen vorbereitet und bei der internationalen Meßkampagne ACE 2 für Messungen in der Freien Troposphäre eingesetzt. Vertikalprofile der Konzentration der Aerosol-Schwefelsäure zwischen 2 und 13 km Höhe zeigen wiederholt eine ausgeprägte H2SO4-Aerosolschicht in 5 km Höhe. Während der Meßkampagnen SULFUR 5 und SULFUR 6 wurde das VACA-System zur Messung von H2SO4 im Abgas von Düsenflugzeugen im Flug eingesetzt. Es konnte erstmalig direkt Schwefelsäure im Flugzeugabgas nachgewiesen werden. Mischungsverhältnisse bis zu 1.5 ppbv bei einem Abgasalter von 1.1 s wurden beobachtet. Die Bestimmung des Konversionsfaktors e für die Umwandlung von Treibstoffschwefel in Schwefelsäure ergab Werte von e>0.4 (ATTAS, Treibstoffschwefelgehalt=FSC =2700 ppmm) bzw. e=3.3±1.8 (B-737, FSC=56ppmm). Weiterhin zeigten Messungen von Chemi-Ionen, die von Flugzeugtriebwerken emittiert werden, daß zahlreiche Ionen großer Masse (>450 amu) entstehen. Dies bestätigt die Existenz einer ionen-induzierten Aerosol-Mode