Chemical and Morphological Characterisation of Aerosol Particles in the Tropopause Region

Abstract: Popular Abstract in Swedish Små partiklar i form av vätska eller fast material mellan 0.001 till 100 µm i diameter, kan sväva i luften och kallas då aerosolpartiklar. De påverkar direkt på klimatet genom att reflektera solstrålar ut till rymden. Detta gör att vi får ett kallare klimat. Indirekt kan de påverka klimatet genom att verka som kondensationskärnor vid molnbildning. Med detta påverkar de molnens strålningsegenskaper och livstid. Trots deras viktiga roll för klimat är kunskap om dem mycket mager. Min forskning gick ut på att utvidga den befintliga kunskapen om aerosolernas kemiska sammansättning, deras morfologi och ursprung. För detta syfte utvecklades en aerosolprovtagare, en ny metod för att kunna göra kvantitativ analys på huvudämnen (C, N och O) som finns i aerosolpartiklar och en ny metodik för att studera enskilda aerosolpartiklars morfologi och kemiska sammansättning. I det första arbetet analyserades prover som samlades under 60 flygningar mellan 1999 till 2002 för selektiva grundämnen med hjälp av den känsliga PIXE-metoden. Analysresultat användes sedan för att studera egenskaper av och källa till aerosoler i den lägsta delen av stratosfären vid norra jordklotets mittlatitud. Det visade sig att kalium och järn som finns på aerosol partiklar i den lägsta delen av stratosfären kommer från troposfären over tropopausen. Resultatet visade också att svavel transporterades till den lägsta delen av stratosfären från högre nivå i stratosfären samt från troposfären över tropopausen. En mångkanalprovtagare utvecklades och kalibrerades för användning inom ett internationellt projekt, CARIBIC (Civil Aircraft for Regular Investigations of the atmosphere Based on an Instrument Container). Med den här provtagaren förbättrades tidsupplösningen för provtagning av aerosol. Dessutom kan prov samlas för både kvantitativ analys och individuell partikelanalys. Vidare är insamlingseffektivitet 97 % för partiklar med diameter större än eller lika med 0.2 µm. Den är ett effektivt instrument for karakterisering av aerosolpartikel från ett flygplan. Utveckling av en ny metod för analys av kol, kväve och syre baserad på PESA-metod (particle elastic scattering analysis) genomfördes. Med den här metoden kan man analysera t.ex. ett kolrikt ämne som finns på ett underlag som just innehåller ämnet. Med hjälp av metoden kan man för första gången kvantitativt studera kol, kväve och syre i partiklar från övre troposfären och lägsta stratosfären. Mätningarna visar bl.a. att de här ämnena tillsammans med svavel är huvudämnen på aerosoler i tropopausområdet. Slutlighen har jag utvecklat en ny metodik för att studera individuella partiklar från tropopausen och mellan södra och norra jordklotet. Den går ut på att klassificera enskilda partiklars utseende och kemiska sammansättning längs flygrutten. Partiklarnas morfologi och kemiska sammansättning varierade med position där de samlades. Bland annat kan man hitta stora partiklar med komplicerad struktur på norra jordklotet och södra jordklotets midlatituder. Partiklar i över troposfären kan ha bildats där uppe genom koagulation och olika gas-till- partikelprocesser. Partiklar i den lägsta delen av stratosfären visade sig vara mer grenad struktur än de som fanns på övre troposfären. Detta beror troligen på att stratosfäriska partiklar befanns sig en längre tid i atmosfären än troposfäriska partiklar.