Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Shen Yan’an von der University of Science and Technology of China (USTC) hat erhebliche Fortschritte bei der Untersuchung der Quellen und Entstehungsmechanismen von Dunst erzielt. Durch Kohleverbrennungsexperimente und hochpräzise Schwefelisotopenanalysen kamen die Forscher zu dem Schluss, dass Feinstaub aus der Kohleverbrennung eine der Hauptursachen für Dunst in Nordchina ist. Die Ergebnisse waren veröffentlicht online in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften am 10. Dezember.
Aufgrund der Auswirkungen menschlicher Aktivitäten und natürlicher Bedingungen hat die Luftverschmutzung ein schwerwiegendes Ausmaß erreicht, da Dunstwetter die wirtschaftliche Entwicklung und die menschliche Gesundheit stark beeinträchtigt. Daher ist es theoretisch und praktisch wichtig, die Quellen und Entstehungsmechanismen von Dunst zu untersuchen.
Die Forscher sammelten systematisch Kohleproben aus repräsentativen Kohlebergwerken in Nordchina aus verschiedenen geologischen Epochen und führten Verbrennungsexperimente bei 1000 °C durch. Anschließend sammelten sie Proben von Aerosolpartikeln mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometern und führten eine hochpräzise Schwefelisotopenanalyse der Sulfatkomponenten durch.
Die Ergebnisse zeigten signifikante Unterschiede in der Schwefelisotopenzusammensetzung zwischen Kohle und ihren Verbrennungsprodukten. In Kombination mit theoretischen Berechnungen stellten die Forscher fest, dass die Verbrennung das Phänomen der massenunabhängigen Schwefelisotopenfraktionierung (S-MIF) aufwies, das früheren Studien zufolge hauptsächlich in Gesteinsproben vor 2,2 Milliarden Jahren auftritt. Somit stellt die Verbrennung von Kohle einen neuen Mechanismus der S-MIF dar, der große theoretische Bedeutung hat.
Weitere Analysen zeigten eine bemerkenswerte Ähnlichkeit in der Isotopenzusammensetzung zwischen Partikeln, die bei der Kohleverbrennung entstehen, und Sulfatpartikeln, die im Dunst über Nordchina gefunden wurden. Während es hinsichtlich der Schwefelisotopenanomalien in den Dunstpartikeln von Sulfat in Nordchina unterschiedliche Auffassungen gab, zeigten die Ergebnisse von Kohleverbrennungsexperimenten, dass Partikel aus der Kohleverbrennung einen wesentlichen Beitrag zum Dunst in der Region leisten.
Die Forscher fanden außerdem heraus, dass ähnliche Anomalien in der Schwefelisotopenzusammensetzung auch auf den schwarzen Sulfatkrusten auf den Oberflächen europäischer Kulturdenkmäler, Skulpturen und antiker Gebäude auftreten. Seit den 1960er Jahren haben europäische Wissenschaftler bewiesen, dass die Bildung schwarzer Sulfatkrusten komplexe physikalische und chemische Prozesse erfordert, bei denen sowohl Luftverschmutzung als auch Vulkanausbrüche eine wichtige Rolle spielen können.
Durch systematische Schwefelisotopenanalyse schlugen die Forscher vor, dass die Produkte der Kohleverbrennung eine wichtige Quelle für Sulfatkrusten auf historischen Denkmälern wie europäischen Statuen und Gebäuden sind, eine Schlussfolgerung, die in hohem Maße mit der Geschichte der Luftverschmutzung durch die umfangreiche Nutzung von Schwefel übereinstimmt Kohle während der damaligen Entwicklung von Industrie und Landwirtschaft in Europa.
Die Forschungsergebnisse liefern neue Forschungsideen und Beweise für die Quellen und Entstehungsmechanismen von Dunst, bieten eine neue wissenschaftliche Grundlage für die Formulierung von Richtlinien zur Verhinderung der Luftverschmutzung durch Feinstaub und belegen umfassend die entscheidende Rolle von Schwefelisotopen bei der Entschlüsselung gegenwärtiger und früherer Erdumgebungen .
Weitere Informationen:
Yanan Shen et al., Schwefelisotopenanomalien bei der Kohleverbrennung: Anwendungen auf die gegenwärtige und frühe Erdumgebung, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2408199121