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Nr. 71, 07.04.2012  voriger  Übersicht  weiter  REIHEN  SUCHE 

Gasmessungen auf See

Dr. Christa Marandino verbringt viel Zeit an Bord von Forschungsschiffen. Die Meereschemikerin beschäftigt sich mit Spurengasen an der Ozeanoberfläche und entwickelt dafür eine neue Messtechnik.


Dr. Christa Marandino mit ihrem speziellen Massenspektrometer. Sie nutzt das Gerät, um auf hoher See den Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre direkt zu messen. Foto: GEOMAR

Ob im tropischen Atlantik vor Westafrika bei den Kapverdischen Inseln oder im südchinesischen Meer vor Malaysia: Dr. Christa Marandino vom Forschungsbereich »Marine Biogeochemie« ist auf allen Weltmeeren unterwegs. Ihr Kieler Arbeitsplatz ist das Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung (GEOMAR) am Westufer. Hier leitet sie eine Nachwuchsforschungsgruppe. Im Labor steht ihr wichtigstes Messinstrument, ein speziell für ihre Zwecke entwickeltes Massenspektrometer – das »atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry«. Dieses Gerät hat sie bereits als Doktorandin an der Universität von Kalifornien eingesetzt, um gasförmige Verbindungen im Meer und der Atmosphäre zu messen.

Mit dem Austausch von Spurengasen zwischen Ozean und Atmosphäre und der Technik, die man benötigt, um dazu verlässliche Daten zu bekommen, beschäftigt sich Marandino bereits seit über zehn Jahren. Die Methode heißt »eddy correlation technique«. Dabei misst man vertikale Windgeschwindigkeiten, die Veränderungen von Gaskonzentrationen und bringt beide in Verbindung. Für Kohlendioxid wird diese Methode von einigen wenigen Arbeitsgruppen weltweit schon angewendet. Andere Gase mit noch geringeren Konzentrationen waren bislang schwer zu messen. »Die Messungen müssen extrem schnell und dabei sehr präzise sein und das auf einer schwankenden Messplattform wie einem Forschungsschiff. Das ist das Problem«, erklärt Dr. Maradino.

Seit 2008 arbeitet die Chemikerin in Kiel. Die ehemalige Humboldtstipendiatin will hier die Technik noch weiter verfeinern. Im Zentrum der Forschung von Marandinos Arbeitsgruppe stehen sauerstoffhaltige flüchtige organische Verbindungen, so genannte »oxygenated volatile organic compounds« kurz OVOCs. Das sind natürliche Gase wie Aceton oder Acetaldehyde, die zwar nur in geringer Konzentration in der Atmosphäre vorkommen, dort aber wichtige Funktionen erfüllen. So ist bekannt, dass OVOCs Hydroxylradikale bilden und die Ozonproduktion beeinflussen. Die chemisch sehr aktiven Hydroxylradikale reagieren mit den Schadstoffen in der Atmosphäre und bauen sie so ab. Sie reinigen quasi die Atmosphäre. Meerwasser ist eine Quelle für diese Spurengase, es kann sie aber auch aus der Atmosphäre aufnehmen.

Die biologischen Produktions- und Abbauprozesse der gasförmigen Spurenstoffe im Ozean sind bislang wenig erforscht. »Wir versuchen zu verstehen, was mit diesen Gasen an der Ozeanoberfläche geschieht«, erklärt die amerikanische Meereschemikerin. Erhöht oder senkt der Ozean die Konzentration von OVOCs in der Atmosphäre? Das ist die Kernfrage, die sie beantworten möchte.

Welche biologischen Faktoren beteiligt sind, ob Bakterien oder Algen die chemisch aktiven Verbindungen aufnehmen oder produzieren, untersucht Cathleen Zindler. Die Biologin ist seit 2009 Doktorandin in Marandinos Team und über die Graduiertenschule »Integrated School of Ocean Sciences (ISOS)« eingebunden in den Exzellenzcluster Exzellenzcluster »Ozean der Zukunft«. »Wir messen die Gase im Wasser, parallel dazu zählen wir die Bakterien in den Meerwasserproben und messen deren Chlorophyll- und Nährstoffgehalt«, erklärt Zindler. Dabei berücksichtigt sie ein breites Spektrum an unterschiedlichen Bedingungen, zum Beispiel kälteres oder wärmeres Wasser, mehr oder weniger Nährstoffe sowie unterschiedliche Phytoplanktonmengen, und beobachtet, was in den Proben passiert. Aus diesen Messungen lassen sich Rückschlüsse über die Produktion der Spurengase ziehen.

Kerstin Nees
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