Um atmosphärische Staubdeposition zu untersuchen, werden häufig passive Sammler verwendet. Von diesen Sammlern gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Instrumente mit unterschiedlichen, in der Regel nicht gut charakterisierten Kollektor-Wirkungsgraden. Als Konsequenz können die erfassten Daten in Bezug auf ihre Größenrepräsentativität und infolgedessen auch die Zusammensetzung erheblich verzerrt sein. In dieser Studie wurden mittels automatisierter Einzelpartikel-Rasterelektronenmikroskopie in Verbindung mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie verschiedene häufig verwendete passive Kollektoren hinsichtlich ihrer Effizienz charakterisiert. Hierbei wurden die größenaufgelösten chemischen und physikalischen Eigenschaften von Mineralstaub-Aerosolpartikeln untersucht. Zusätzlich wurden Strömungssimulationen durchgeführt, um die Deposition von Partikeln auf verschiedenen passiven Kollektoren vorherzusagen und damit theoretische Depositionsgeschwindigkeiten zu erhalten.
Die basierend auf diesen Daten berechneten berechneten Messungen der Abscheideraten verschiedener passiver Kollektoren zeigen Unterschiede in den Kollektor-Wirkungsgraden. Der modifizierte Wilson & Cooke (MWAC) und der Big Spring Number Eight (BSNE) Sammler - beides Sammler für horizontalen Fluss - sammeln erheblich mehr Material als der Flat Plate und der Sigma-2, bei denen es sich um Kollektoren für den vertikalen Fluss handelt. Der Wirkungsgrad des MWAC steigt zu großen Partikeln hin an. Beim Sigma-2 zeigt sich eine positive Abhängigkeit zur Windgeschwindigkeit. Beim BSNE zeigen sich kaum Abhängigkeiten von den atmosphärischen Parametern. Messungen eines optischen Partikelspektrometers zeigen eine positive Korrelation zwischen Abscheideraten- und PM10-Konzentrationsmessungen. Die Ergebnisse zeigen, dass BSNE und Sigma-2 gute Optionen für die PM10-Messung sind, während MWAC- und Flat-Plate-Kollektoren eher ungeeignet sind. Eine negative Korrelation wurde zwischen Staubdepositionsrate und Windgeschwindigkeit beobachtet. Depositionsgeschwindigkeiten, die aus verschiedenen klassischen Depositionssmodellen berechnet wurden, stimmen nicht mit Ablagerungsgeschwindigkeiten überein, die mithilfe von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics Simulations) bestimmt wurden. Die durch CFD berechnete Abscheidungsgeschwindigkeit war häufig höher als die aus klassischen Depositionsgeschwindigkeitsmodellen abgeleiteten Werte. Darüber hinaus stimmen die modellierten Abscheidungsgeschwindigkeitsverhältnisse zwischen verschiedenen Probenehmern nicht mit den Beobachtungen überein.
Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen auch, dass Mineralstaub, aus verschiedenen Klassen von Silikaten, quarzartigen, calcitartigen, dolomitartigen und gipsartigen Partikeln, in Izana der dominierende mineralische Partikeltyp ist. Darüber hinaus zeigt die Analyse deutlich, dass die Zusammensetzung der gesammelten Staubpartikel vom Kollektor weitgehend unabhängig ist.
Unter Verwendung der relativen Häufigkeit der Partikelgruppen wird der größenaufgelöste komplexe Brechungsindex von Staubpartikeln berechnet. Es zeigt sich, dass der durchschnittliche Brechungsindex hauptsächlich wellenlängenabhängig ist. Der berechnete Realteil des Brechungsindex variierte zwischen 1,71 und 1,53 für Wellenlängen im Bereich von 370 bis 950 nm. Eine vergleichbare, aber deutlich stärker ausgeprägte Abhängigkeit zeigt der Imaginärteil des Brechungsindex, der aus den Eisengehalten abgeschätzt wird, im Bereich von 250-1640 nm (zwischen 3,28*10-4; und 7,11*10-5). Zusätzlich zeigen die Brechungsindexwerte eine leichte Abnahme mit der Partikelgröße.
In dieser Studie wird schließlich auch ein Potenzial für die Pufferung von Staubaerosolpartikeln bei der Säuremobilisierung von Eisen in Partikeln untersucht. Aus der Analyse geht hervor, dass das Potential zur Pufferung von den Umgebungsbedingungen und der Zeit abhängt. Darüber hinaus wurde durch Analyse des Verhältnisses von Sulfatmasse zu Gesamtstaubmasse einzelner Partikel mit den Partikelgrößen der Mischungszustand von Sulfatpartikeln in den Gesamtstaubpartikeln untersucht. Die Analyse zeigt, dass die Feinstaubpartikel einen höheren Schwefelgehalt aufwiesen, während die gröberen Staubpartikeln einen geringeren Schwefelgehalt enthielten, was zeigt, dass nur feinmodiges Sulfat intern mit Mineralstaub-Aerosolpartikeln gemischt ist.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass passive Probenahmeverfahren in Verbindung mit einer automatisierten Einzelpartikelanalyse eine gute Möglichkeit zur Beurteilung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von atmosphärischen Mineralstaubpartikeln darstellen könnten. | German |