Stabile Metallisotope spüren atmosphärische Partikel auf

Quellen der Feinstaubbelastung können mithilfe stabiler Metallisotope identifiziert werden. Die Plasmaquellen-Multikollektor-Massenspektrometrie (MC-ICP-MS) verwendet stabile Isotope, um Metallkonzentrationen zu erkennen. Auf diese Weise können Wissenschaftler die Umweltchemie von schädlichen Metallen wie Kupfer (Cu) und Zink (Zn) studieren. Die Technik kann verwendet werden, um Transportvorgänge in der Atmosphäre zu identifizieren und zu verstehen.

Das Projekt ISOTRACE (Stable isotopes of metals as pollutant tracers in the atmospheric environment) verwendete die Verhältnisse zwischen stabilen Isotopen, um Schadstoffmetallquellen aufzuspüren, die die städtische Luftqualität beeinflussen. Ziel war es, die Mechanismen hinter der isotropen Fraktionierung in Ausgangsmaterialien und der isotopen Variation bei atmosphärischen Partikeln in der Luft der wichtigsten europäischen Städte besser zu verstehen.

Die Forscher untersuchten die Zn-Isotopenzusammensetzungen von Brennmaterialien und Verbrennungsnebenprodukten in drei verschiedenen Kohlekraftwerken und entwickelt ein Modell, das die beobachteten Isotopen-Fraktionierungen berücksichtigt.  Die Ergebnisse zeigten, dass Elementspeziation bei Kohle, Verdampfung und Kondensation die Prozesse waren, die die Isotopenvariation innerhalb von Kohlekraftwerken bestimmten.

Das von den ISOTRACE-Partnern entwickelte Modell, kann verwendet werden, um die Zn-Isotopensignaturen in atmosphärischen Partikeln, die von den Kraftwerken ausgestoßen werden, nur auf Basis der Analyse der verwendeten Kohle abzuschätzen. Auf diese Weise können Isotopen als quantitatives Werkzeug für die Zuweisung von Zn-Quelle aus der Kohleverbrennung in der Atmosphäre verwendet werden.

Die Forscher sammelten außerdem Feinstaub aus London und Barcelona über verschiedene Zeiträume und aus verschiedenen Höhen. Die Ergebnisse zeigten erstmals, dass die dominanten Zinkquellen sich unter den Städten und entsprechend der Jahreszeit unterschieden. Daher erfordert jede Stadt ihre eigene einzigartige Quellenbewertung und Minderungsstrategien, die die bestimmte Jahreszeit berücksichtigen.

Der Vergleich mit der Isotopensignatur von verschiedenen Quellen und Quellenverfolgungstechniken wiesen darauf hin, dass nicht-Abgas-Emissionen des Verkehrs, wie etwa Reifenabrieb, eine wesentliche Rolle spielen. Jedoch sind Emissionen von Hochtemperaturprozessen, wie beispielsweise die Verbrennung von Öl, Abfall oder Kohle, zu verschiedenen Zeiten des Jahres gleichermaßen wichtig.

ISOTRACE zeigte auch, dass unterschiedliche analytische Ansätze genaue und präzise Isotopendaten liefern können, und unterstrichen gleichzeitig die Notwendigkeit für einen international zertifizierten Isotopen-Standard für Aerosole.