Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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Programm und Abstracts der Sitzung UP 1

Biologische Reaktionen auf den Eintrag von Staub aus der Atmosphäre in den Ozean

•Karin Lochte, Doug Wallace, Peter Croot, Julie LaRoche, Mathew Mills, Maren Voss und Alexander Baker
Institut für Meereskunde Kiel, Duesternbrooker Weg 20. 24105 Kiel

Weite Regionen des Ozeans leiden unter einem Mangel des Spurenmetalls Eisen, das die biologische Produktion begrenzen kann. In gross angelegten "Düngungsexperimenten" wurde die fördernde Wirkung des Eisens auf die Produktion von Algen und damit die Steigerung des biologischen Kohlenstoffflusses im Ozean nachgewiesen. Es wird aber vermutet, dass Eisen auch eine zentrale Rolle im Stickstoffkreislauf, hier bei der Stickstofffixierung, spielt.

Der wichtigste Eintrag von Eisen in den Ozean erfolgt über Staub aus der Atmosphäre. Diese Einträge sind lokal sehr unterschiedlich. Eines der wichtigsten Eintragsgebiete ist der tropische Atlantik, der Staub aus der Sahara erhält. Untersuchungen der Verteilungen von Algen (Phytoplankton) und ihrer Wachstumsraten sowie auch der Stickstofffixierung auf einem West-Ost Schnitt im tropischen Atlantik zeigen interessante Korrelationen mit dem Eintrag von Staub in diesem Ozeangebiet, die Hinweise für die Regulation der biologischen Produktion durch Staub geben. In Experimenten, in denen Wasserproben mit verschiedenen Pflanzen-Nährstoffen angereichert wurden, wurde im Detail untersucht, welche biologischen Prozesse durch Stickstoff, Phosphor, Eisen und Staub beeinflusst werden. Dekadische Variabilitäten im Staubeintrag und zusätzliche anthropogene Veränderungen der Staubflüsse können sich daher auf den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf im tropischen Atlantik (und anderen Ozeanregionen) auswirken und biologisch gesteuerte Auswirkungen auf das Klima haben.

Methods for in situ Measurement of Air-Sea Gas Exchange Rates

•Peter S. Liss
School of Environmental Science, University of East Anglia

The flux of gases between the atmosphere and the oceans can be calculated from the product of the concentration difference across the sea surface and a kinetic term, often called a transfer velocity. In this talk I will concentrate on the latter term, and in particular ways by which it can be determined from measurements at sea.

The transfer velocity is frequently parameterised in terms of wind speed, although the actual exchange process is also affected by factors including wave height and slope, wind fetch, sea state, bubble field and degree of white capping, all of which directly or indirectly affect the amount of mixing in the surface water. Because these factors are largely wind driven they are often amalgamated together in terms of wind speed, and the data displayed as transfer velocity versus wind speed plots.

Other properties which may be important for air-sea gas transfer rates include surfactants and the chemical reactivity of the gas in seawater. The importance of these latter two factors is less well established, with considerable controversy over the role of surfactants, and with chemical reactivity only likely to be important for gases with very rapid aqueous phase chemistry.

There is currently significant uncertainty in in situ values for the transfer velocity, with the degree of uncertainty greatest at high wind speed, where few field data points exist. Over the last decade several novel approaches have been applied to the task of measuring air-sea gas exchange rates at sea or remotely. In this talk I will review the more promising of these approaches and point the ahead for future field studies. Finally, a brief description will be given of the SOLAS (Surface Ocean - Lower Atmosphere Study) international research project, a significant part of which is devoted to better understanding and improved field measurements of the kinetics of air-sea exchanges.

Characterisation of coastal/marine aerosols: Contributions to understand new particle formation from biogenic iodine precursors

•Thorsten Hoffmann¹, Hongwei Chen¹, Rolf Brandt² und Norbert Jakubowski^2
1Johannes-Gutenberg University of Mainz, Duesbergweg 10-14, 55099 Mainz
²Institute of Spectrochemistry (ISAS), Bunsen-Kirchhoff-Str. 11, 44139 Dortmund

The study of the sources and formation pathways of new particles in the troposphere is presently a subject of considerable interest, prompted by the role of aerosols in global climate change and their influence on heterogeneous processes in the atmosphere. Uncertainties in the natural background source of atmospheric aerosol particles complicate estimates of the influence of anthropogenic aerosols. Therefore, one goal of current research activities is the identification and quantification of natural particle formation processes in the troposphere. Recent field and laboratory studies also point to coastal sites as a biogenic source region for new particles. The current understanding is that volatile iodine precursors, such as diiodomethane, which are released by marine algae, or even molecular iodine are photolysed during daytime and form low volatile iodine oxides which finally self-nucleate. This contribution will present results from laboratory studies on new particle formation potential from naturally released volatile iodine compounds as well as results from field measurements (Mace Head/ Ireland) on the chemical composition of the coastal/marine aerosol particles (e.g. regional and temporal variation, tidal influence).

Austauschprozesse an der Meeresoberfläche und ihre Rolle in der Kopplung zwischen Atmosphäre und Ozean - ein Beitrag zum SOLAS-Projekt

•Bernd Jähne, Uwe Schimpf, Christoph Garbe und Christopher Popp
Forschungsgruppe Bildverarbeitung, IWR und Institut für Umweltphysik, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 368, 69120 Heidelberg

Der Stoffaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean ist trotz seiner Bedeutung für die globalen Stoffkreisläufe immer noch wenig verstanden und experimentell schwer zugänglich. In den letzten Jahre wurde eine neue Technik entwickelt, die es mittels aktiver Thermographie erlaubt, die Antwortfunktion des Transports durch die wasserseitige viskose Grenzschicht sowohl im Labor als auch im Feld zu messen. Damit ist es nicht nur möglich, innerhalb weniger Minuten die Transfergeschwindigkeit für Gase zu messen, sondern auch verschiedene Modelle zu unterscheiden und die Schmidtzahlabhängigkeit zu bestimmen. Dies bedeutet für zukünftige Messungen im Feld, dass Messungen der Konzentrationen von beliebigen Tracern im Wasser und der Atmosphäre ausreichend sind, um Flussraten relevanter Tracer zwischen Atmosphäre und Ozean zu bestimmen. Es sind keine aufwendigen und unsicheren direkten Flussraten (z.B. durch Eddykorrelations- oder -akkumulationsmessungen) mehr notwendig. Die neue Technik soll ein wesentliches Bindeglied zwischen den atmosphärischen und ozeanographischen Untersuchungen des internationalen SOLAS-Projekt werden.

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Zuletzt geändert am 08.03.2004

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