Soil, Plants, Air – the Earth Sciences

Rain clouds over the sea in Brazil. Source: Christopher Pöhlker

Station 12

If you were to define the Earth as a system, it consists of the atmosphere, the biosphere, the hydrosphere, the geosphere and the impact of humans, termed the anthroposphere. Changing any one of these factors could have an impact on the system as a whole, since feedback effects and remote global effects are integral parts of the system. The discipline that deals with almost all aspects of the Earth system is called biogeochemistry.

The idea to base this field of research at the MPI for Chemistry emerged in the 1970s from diverse scientific investigations into atmospheric chemistry. At the time, colleagues of the meteorologist and atmospheric chemist Christian Junge – Director of the MPI for Chemistry from 1968 − were already conducting research into the biogenic formation of trace gases such as carbon monoxide and methane. Junge’s successor, Paul Crutzen also undertook many projects linked to biogeochemistry. The Biogeochemistry Department was essentially established on his initiative. Meinrat O. Andreae was appointed director in 1986.

Interestingly, this relatively new line of research touches on many of the themes of the earlier KWI for Chemistry. Not only photosynthesis experiments by Willstätter, but also research into carbonyl sulphide by Alfred Stock would now fall under the field of biogeochemistry.

Meeresplankton, Schwefel und Klima

Exponat 12: DMS-Messgerät Andreae

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