MIRAH - der Isotopensammler auf dem Höhenforschungsflugzeug HALO

Motivation und Überblick

In den letzten Jahren haben eine Reihe von Studien die stabilen Kohlenstoff-Isotopneverhältnisse in flüchtigen organischen Verbindungen (engl. volatile organic compounds) untersucht. Der kinetische Kohlenstoff-Isotopie Effekt für die Reaktion von VOC mit atmosphärischen Oxidantien, wie das Hydroxyl-Radikal und Ozon, wurden in verschiedenen Laborstudien untersucht. Die Interpretation stabiler Isotopenverhältnisse atmosphärischer VOC wird unterstützt vom Konzept der Isotopischen Kohlenwasserstoff-Uhr, das die Abschätzung des mittleren photochemischen Alters von Komponenten in einer Luftmasse erlaubt. Die Messung stabiler Isotopenverhältnisse ist ein sensitives Werkzeug, um den Ursprung von VOC, die atmosphärische Umwandlung der VOC sowie den Einfluss von Transportprozessen auf die Verteilung der VOC und umgekehrt zu untersuchen.

Eine weitere Anwendung von stabilen Isotopenverhältnissen ist die Untersuchung der VOC-Budgets in der Atmosphäre, insbesondere für halogenierte VOC. Aufgrund ihrer bedeutenden Rolle für stratosphärisches Ozon gehören halogenierte VOC zu den wichtigsten organischen Substanzen in der Atmosphäre.

Die Chemie der Oxidationsprodukte atmosphärischer VOC ist sehr komplex. Studien zu Isotopen-Fraktionierungseffekten verbunden mit Bildungs- und Verlustreaktionen von VOC und die Messung ihrer Isotopenverhältnisse in der Atmosphäre helfen, die komplexe Interaktion zwischen atmosphärischer Chemie und sekundären organischen Aerosolen sowie die Bildung organischer Partikel zu verstehen.

Unsere Arbeitsgruppe hat hierzu den Luftprobensammler MIRAH (Measurements of Stable Isotope Ratios in Atmospheric Trace Gases on HALO) entwickelt. Er wird auf verschiedenen HALO-Missionen eingesetzt. Die geplanten Misisonen, an denen MIRAH teilnehmen wird, sind hier aufgeführt.

Die mit MIRAH gesammelten Luftproben werden im Labor mittels Gaschromatographie-Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie auf stabile Kohlenstoff- und Wasserstoff-Isotopenverhältnisse in VOC analysiert.
Mit der Analyse der Isotopenverhätnisse werden "Fingerabdrücke" von Prozessen detektiert, die individuelle VOC beeinflusst haben. MIRAH ist damit ein Instrument, das detaillierte und präzise Informationen bezüglich der Dynamik, Luftmassen-Charakteristik und photochemischer Prozessierung gibt. Dies sind Informationen, die essentiell für die Interpretation gleichzeitiger atmosphärischer Messungen sind.

Presseartikel vom  06.02.2009

HALO

Deutsches Höhenforschungsflugzeug mit Basis in Oberpfaffenhofen (DLR). Fotomontage: Quelle DLR

Der Luftprobensammler MIRAH als CAD-Zeichnung.

Animation: Marc Krebsbach