Die das Gras gasen hören

29. Mai 2001, 12:03
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Ein in Österreich neu entwickeltes Gasmessgerät spürt dem bodennahen Ozon nach

Innsbruck - Auf einer Sandpiste holpert der Campingbus durch die Baumsavanne im venezolanischen Hinterland. An einem Karrenweg kommt er zum Stehen. Heraus klettern ein junger Mann und eine junge Frau. Aus dem Laderaum fördern sie rasch Campingrequisiten zutage: Fahrrad, Klapptisch, Stühle. Behutsam packen sie den Inhalt einiger sperriger Kisten aus: zylindrische Behälter aus durchsichtiger Plastikfolie und Aluminium sowie unzählige Schläuche. Einige der unten offenen Gefäße stellen sie auf die bloße Erde, andere stülpen sie sorgsam über Grasbüschel und Baumschößlinge. Die Schläuche, die aus den Behältern treten, werden mit anderen Röhrchen verbunden und in den Bus hinein verlängert. Dort münden sie in ein waschmaschinenartiges Gerät. Mit einem Klicken springt der Belüftungsapparat an und erzeugt im Behälter-Schlauch-System einen konstanten, leichten Luftzug. Das große Gerät und der Computer daneben werden in Gang gesetzt. Rätselhafte grafische Darstellungen erscheinen auf dem Bildschirm. Das Experiment hat begonnen.

Experimente in der Steppe Venezuelas

Die Camper sind Atmosphärenchemiker auf Messkampagne im Auftrag des Instituto Venezolano de Investigaciones Cientificas und des Mainzer Max-Planck-Instituts für Atmosphärenchemie. Der waschmaschinenartige Apparat ist geballte Elektronik: ein Protonentransferreaktions-Massenspektrometer (PTR-MS), eine Erfindung des Innsbrucker Uniinstituts für Ionenphysik. Von diesem hochsensiblen, in einem Spin-off-Unternehmen des Innsbrucker Instituts hergestellten Gerät zur Erkennung und Messung von Luftbestandteilen gibt es weltweit zehn Stück. Der Innsbrucker Ionenphysiker Rupert Holzinger, einer der beiden Camper, ist führender Experte für die Interpretation der Daten, die das Spektrometer über die Anteile einzelner Gase in der Atmosphäre liefert. Die Kooperation zwischen Innsbruck und Mainz geht zurück auf eine Idee des Ozonloch-Entdeckers Paul Crutzen, der das Innsbrucker Spektrometrie-Know-how für die Erforschung des großen Ökosystems der Savannen nutzen wollte. Denn ungefähr 25 Prozent der Kontinentalmassen sind mit Grasland bedeckt. Die in dessen Lebensprozess freigesetzten Gase spielen eine wichtige Rolle im atmosphärischen Gleichgewicht.

Dennoch ist ihr Anteil an dem vielschichtigen Feedback-Mechanismus kaum erforscht, in dem Pflanzen, Tiere, Temperatur, Wasser, Wind und Bodenbakterien zusammenwirken. Das Projekt wird über ein Schrödinger-Stipendium des Wissenschaftsfonds für Rupert Holzinger mitfinanziert. In einem Zeitraum von Hunderten Millionen Jahren haben pflanzliche und tierische Organismen eine ihren Bedürfnissen angepasste Lufthülle um den Erdball gelegt. Vom Ende der letzten Eiszeit, vor rund 10.000 Jahren, bis zum Beginn der industriellen Revolution blieb deren Zusammensetzung fast unverändert. Seither jedoch steigen die Anteile der Treibhausgase, insbesondere Lachgas (NO), Methan (CH) und Kohlendioxid (CO) rasant an. Während die Wissenschafter für vorindustrielle Zeiten einen CO-Anteil von 250 Molekülen auf eine Million annehmen, so liegt er heute bei 380. Die CO-Verdauungs-und Entsorgungskapazität der Pflanzen ist hoffnungslos überfordert. Tatsächlich sondern auch Pflanzen zu ihrem Schutz oder als Stoffwechselprodukte Substanzen ab, die schon in kleinsten Konzentrationen starke Treibhauswirksamkeit haben, Isopren und Methanol etwa. Durch ihre große Reaktivität beeinflussen und regulieren diese Stoffe die Chemie der Atmosphäre, insbesondere die Konzentration der so genannten Sauerstoff-Wasserstoff-Radikale (OH-Radikale). Diese wiederum haben eine besonders starke Oxidations- und somit Reinigungswirkung. Pflanzenemissionen und OH-Radikale spielen auch eine wichtige Rolle beim Auf- und Abbau bodennaher Ozonansammlungen. Bei all diesen Prozessen werden in einer Art molekularem Pingpong Atome nach Bedarf von einem Molekül zum anderen verschoben. Abweichungen vom Gleichgewichtszustand werden so rasch korrigiert. Gegenüber der grobschlächtigen herkömmlichen Spektrometrie bewirkt das PTR-MS eine "sanfte" Ionisierung der Moleküle und liefert erstmals präzise Resultate über deren Identität. Bestand die Ausbeute einer Messkampagne vor zehn Jahren noch in wenigen punktuellen Messergebnissen, so liefert das PTR-MS heute einen ununterbrochenen Rohdatenfluss im Umfang von etwa 30 Megabyte - mehr als drei Millionen Messwerte.

Über die großen Atmosphärenmodelle des Max-Planck-Instituts geht diese Datenfülle auch in die Prognosen des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) ein, berichtet Rupert Holzinger. "Für das IPCC bedeutet das größere Treffsicherheit bei Aussagen über die Wirkung der von Menschen erzeugten Treibhausgase und erlaubt Rückschlüsse, wie wir die natürlichen Reinigungsprozesse schützen können." (DER STANDARD, Print-Ausgabe 29. 5. 2001)

Von Johanna Geissler
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