Boden, Pflanzen, Luft – die Erdwissenschaften

Regenwolken über dem Meer. Bild: Christopher Pöhlker

Station 12

Definiert man das „System Erde“ naturwissenschaftlich, so umfasst es die Wechselwirkungen von Atmosphäre, Biosphäre, Hydrosphäre, Geosphäre und Einflüssen des Menschen, der sogenannten Anthroposphäre. Verändert man eine Komponente, kann dies Auswirkungen auf das gesamte System haben, da Rückkopplungen und globale Fernwirkungen integrale Bestandteile des Systems sind.

Die Disziplin, die sich mit nahezu allen Aspekten des Erdsystems beschäftigt, ist die Biogeochemie. Die Idee, am MPI für Chemie eine solche Forschungsrichtung anzusiedeln, entwickelte sich in den 1970er Jahren aus vielen wissenschaftlichen Fragestellungen der Atmosphärenchemie. So erforschten bereits Mitarbeiter des Meteorologen und Luftchemikers Christian Junge - ab 1968 Direktor am MPI für Chemie -  die biogene Bildung von Spurengasen wie Kohlenmonoxid oder Methan. Auch Junges Nachfolger, Paul Crutzen unternahm viele Projekte mit biogeochemischem Bezug. Die Errichtung einer Abteilung Biogeochemie geht im Wesentlichen auf seine Initiative zurück. Als Direktor wird 1986 der Erdwissenschaftler Meinrat O. Andreae berufen.

Interessanterweise knüpft die vergleichsweise junge Forschungsrichtung an viele Themen des früheren KWI für Chemie an. Nicht nur die Photosyntheseexperimente von Willstätter, auch die Untersuchung von Carbonylsulfid durch Alfred Stock würde heute in den Bereich der Biogeochemie fallen.



Meeresplankton, Schwefel und Klima

Tracey W. Andreae bei einer Analyse von DMS aus einer Meerwasserprobe an Bord der MS Meteor. Bild: M. O. Andreae

Exponat 12: DMS-Messgerät Andreae

Die Substanz Dimethylsulfid (DMS) ist ein wichtiges Bindeglied zwischen der Biosphäre und dem Klima. Die Schwefelverbindung wird von Phytoplankton in den Weltmeeren gebildet und entweicht aus dem Meerwasser in die Luft. In der Atmosphäre wird es mit Hilfe des Sonnenlichts zu Sulfatpartikeln oxidiert. Diese Partikel wiederum wirken als Kondensationskeime für Wolken. In vielen entlegenen Meeresregionen ist DMS die wichtigste Quelle der Kondensationskeime.

Um zu ermitteln, wo und wie viel DMS entsteht, baute Meinrat O. Andreae in den 1980er Jahren ein einfaches und transportierbares Messgerät, mit dem DMS sowohl im Meerwasser als auch in der Luft gemessen werden konnte.

Das DMS-Messgerät von Meinrat O. Andreae. Foto: S. Benner

Die Luftproben wurden in Quarzglasröhrchen mit Goldwolle geleitet, um DMS zu konzentrieren. Den Seewasserproben wurde DMS entzogen, indem man sie in einer Kammer mit Helium durchsprudelte und das Gas danach trocknete. Anschließend wurden die Proben in ein U-förmig gebogenes Rohr mit einer Substanz geleitet, die DMS festhält. Das Rohr wurde dabei in flüssigen Stickstoff getaucht, um die Probe zu fixieren.

Die Analyse erfolgte mit Hilfe eines Gaschromatographen; zuvor wurde das U-Rohr erhitzt.

Das Gerät war von 1987 bis 1991 weltweit im Einsatz und maß die DMS-Konzentration direkt an Bord von Expeditionsschiffen wie beispielsweise der MS Meteor.

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