Diese Studie wurde von Prof. Keding Lu und Prof. Yuanhang Zhang von der Peking-Universität geleitet. Sie führten von Mai bis Juni 2018 eine Feldkampagne in Taizhou, Ostchina, durch. Sie beobachteten erhöhte Konzentrationen von Monoterpen, einer früher als biogen emittierten flüchtigen organischen Verbindung (VOC), und bestimmten eine schnelle Oxidationsrate durch OH-Radikale, O3- und NO3-Radikale mit hochmodernen In-situ-Instrumenten beobachtet werden. Die so schnelle Oxidationsrate von Monoterpen übertraf sogar die von Isopren, von dem angenommen wurde, dass es die dominierenden biogen emittierten VOCs sind.
„Anfangs waren wir sehr verwirrt, weil die biogene Emission von Monoterpen die beobachteten Konzentrationen bei einem so hohen Gehalt an Oxidationsmitteln nicht aufrechterhalten konnte. Wir haben unsere Daten sorgfältig überprüft, um sicherzustellen, dass keine Fehler vorliegen. Mehrere Modellierungsforscher halfen uns auch, diese Ursache zu reproduzieren aber alle sind gescheitert“, sagt Keding.
Da die biogenen Emissionen in Ostchina die Beobachtung nicht erklären konnten, fragten sie sich, ob es eine andere Monoterpen-Quelle gibt. Schließlich wurde eine Art unerkannte Quelle von Monoterpenen entdeckt. Sie stellten fest, dass es in dieser Region zu starken Verbrennungen von Biomasse kam, und diese Aktivitäten wurden auch durch die Erkennung der Gastracer erfasst. Basierend auf der Korrelationsanalyse von nachtaktiven Monoterpenen und CO (einem Tracer der Biomasseverbrennung) zeigten sie, dass Monoterpene wahrscheinlich aus der Biomasseverbrennung emittiert wurden. Das abgeleitete Monoterpen-Emissionsverhältnis zu CO stimmt auch mit den berichteten Werten aus Laborstudien überein.
Nachdem die potenzielle Quelle von Monoterpenen aufgedeckt worden war, verwendeten die Forscher ein beobachtungsbasiertes Boxmodell, um den Beitrag der Monoterpenoxidation zur lokalen Ozonproduktion zu quantifizieren. Es wurde festgestellt, dass die Oxidation von Monoterpenen während des Tages etwa 4 ppb zusätzliches Ozon liefern kann, was etwa 6 % der gesamten Ozonproduktion während des Tages ausmacht. Unter ihnen dominierten anthropogene Monoterpene den Beitrag absolut. Bei einer 4-tägigen aktiven Phase der Verbrennung von Biomasse stieg der Anstieg weiter auf 9 ppb (13 %). „Dies ist eine sehr große Ozonquelle, die jedoch noch nicht erkannt wurde. Sie sollte die Aufmerksamkeit der politischen Entscheidungsträger auf sich ziehen“, sagt Keding.
Obwohl Monoterpene auch in Waldregionen intensiv emittiert werden, macht man sich über ihren Beitrag zur Ozonproduktion keine Sorgen, da Stickoxide, ein weiterer Vorläufer für die Ozonproduktion, in solchen Umgebungen sehr begrenzt sind. In städtischen Regionen mit hoher NOx-Emission kann die Rolle anthropogener Monoterpene bei der Ozonproduktion jedoch stark verstärkt werden. Sie zeigten auch, dass in anderen städtischen Gebieten in Entwicklungsländern, zum Beispiel in Delhi, Indien, der Beitrag starker Monoterpenemissionen (möglicherweise auch durch menschliche Aktivitäten verursacht) zur Ozonproduktion bis zu 10 % erreichen kann. Darüber hinaus haben neuere Studien gezeigt, dass große Mengen an Monoterpenen, die aus der Verdunstung flüchtiger chemischer Produkte in Städten wie New York stammen, und ihre Auswirkungen auf die Umwelt weitere Aufmerksamkeit verdienen.
Die aktuellen anthropogenen VOC-Emissionsminderungsstrategien zur Ozonbekämpfung berücksichtigen die anthropogenen Monoterpen-Emissionen kaum. Diese Studie zeigt, dass die Kontrolle der städtischen Ozonbelastung in China und anderen Entwicklungsländern eine größere Herausforderung als erwartet sein kann, wenn man die Auswirkungen anthropogener Monoterpen-Emissionen auf die Ozonproduktion berücksichtigt. Da Monoterpene auch zur Bildung von atmosphärischen Aerosolen beitragen, wird die Kontrolle der anthropogenen Monoterpenemissionen eine Win-Win-Lösung für die gemeinsame Kontrolle der Ozon- und Feinstaubbelastung sein.
Die Studie wurde veröffentlicht in National Science Review.
Haichao Wang et al, Anthropogene Monoterpene, die die Ozonverschmutzung verschlimmern, National Science Review (2022). DOI: 10.1093/nsr/nwac103