Selbstverstärkender chemischer Mechanismus erklärt extremen Wintersmog in China

In der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift „Science Advances“ zeigen die Forscher, dass das Wasser der Aerosole als Reaktionsmedium wirkt, in dem alkalische Komponenten der Aerosole Schwefeldioxid (SO₂) aus der Luft aufnehmen. SO₂ wird dann durch NO₂ oxidiert und bildet Sulfat (SO₄^2-). Dieser Mechanismus verstärkt sich selbst, da mit der Sulfatbildung die Partikelmasse zunimmt, und die Aerosolpartikel dadurch mehr Wasser aufnehmen können. Dieses wiederum führt zu einer schnelleren Sulfatproduktion und insgesamt zu einer stärkeren Smogbildung, als man bisher erklären konnte.  

Yafang Cheng, Gruppenleiterin am MPI für Chemie und ihre Kollegen führten eine genaue Analyse von Aerosolmessdaten aus dem Januar 2013 durch, als Peking besonders stark von Smog betroffen war. Das Ergebnis verblüffte die Wissenschaftler, denn die Sulfatproduktionsrate war in Zeiten des stärksten Smogs sechs Mal größer als in Zeiten niedrigen bis mäßigen Smogs. „Wir haben festgestellt, dass die Sulfatproduktion mit der Konzentration an feinen Aerosolpartikeln stark ansteigt“, erklärt die Erstautorin der Studie.

„Die von uns beobachtete, stark erhöhte Sulfatproduktion bei gleichzeitig geringer Sonneneinstrahlung wies auf die Existenz des bisher nicht beachteten Reaktionswegs im Aerosolwasser hin", erklärt Hang Su, ebenfalls Gruppenleiter am MPI für Chemie und kokorrespondierender Autor der Studie. „Die Reaktion von Stickstoff- und Schwefeloxiden im Aerosolwasser erklärt die fehlende Sulfatquelle im Wintersmog. Wasser ist eine Schlüsselkomponente atmosphärischer Aerosole, die eine breite Palette von Flüssigphasenreaktionen ermöglicht", fasst Hang Su zusammen.