Atmospheric Chemistry Lab Work (Block Course)

Abstract

Dieser Laborkurs zur Atmosphärenchemie führt Studierende in modernste Instrumente und Methoden zur Untersuchung der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln am Labor für Atmosphärenchemie (Paul Scherrer Institut) ein. Wir verwenden ein Strömungsrohr, um Russpartikel mit organischem Material zu beschichten und Änderungen in physiklisch-optischen Eigenschaften zu messen.

Objective

Am Ende dieses Kurses verfügen die Studierenden über praktische Fähigkeiten und sind mit Laborexperimenten und Instrumenten, die im Bereich der Atmosphärenchemie üblich sind, vertraut. Um dies zu erreichen, müssen sie Folgendes tun können: 1. Mit einem vorgegebenen Versuchsaufbau ein Laborexperiment, das vordefinierte wissenschaftliche Fragen beantwortet und Hypothesen bestätigt oder widerlegt, planen, entwerfen und durchführen. Wesentliche Lernschritte zu diesem Ziel: - Formulieren einer Hypothese, die überprüft werden kann. - Arbeiten in der Gruppe im Labor, finden von Synergien. - In Gruppenarbeit einen Laborbericht verfassen. - Sicherheitsvorschriften, gute experimentelle Praktiken und Forschungsintegritätspraktiken auflisten und einhalten. 2. Aus einer Reihe vorgegebener Instrumente die richtige Instrumentierung für die relevanten zu messenden Parameter auswählen, erklären, warum und die Instrumente bedienen können. 3. Analysieren der Daten aus dem Experiment, schreiben eines wissenschaftlichen Berichts und Präsentation von Daten, Interpretationen und Ergebnissen auf kohärente Weise.

Content

Dieser Laborkurs zur Atmosphärenchemie führt Studierende in modernste Instrumente und Datenanalysen zur Untersuchung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln am Labor für Atmosphärenchemie (Paul Scherrer Institut) ein. Die Erforschung atmosphärischer Aerosole, ihrer Auswirkungen auf und Unsicherheiten in bezug auf Klima und Gesundheit stellt eine der größten Herausforderungen für die Menschheit dar. Von besonderem Interesse ist schwarzer Kohlenstoff (gemeinhin auch Russ), der durch eine Vielzahl anthropogener und biogener Verbrennungsprozesse, darunter von fossilen Brennstoffen für den Transport, von Biomasse für industrielle und private Zwecke sowie Waldbrände, direkt in die Atmosphäre emittiert wird. In der Atmosphäre können Russpartikel physikalische und chemische Alterungsprozesse durchlaufen, zum Beispiel Beschichtung durch (sekundäre) organische Stoffe, die bei der Verbrennung häufig mit ausgestossen werden. Diese Alterung beeinflusst die physikalischen Eigenschaften von Russ (Absorption und Streuung), ist jedoch noch kaum verstanden. Angesichts des sich ändernden Klimas und der prognostizierten Zunahme von Ereignissen wie Waldbränden ist es von entscheidender Bedeutung, die Auswirkungen dieser Alterungsprozesse auf das Klima, die Luftqualität und die menschliche Gesundheit zu verstehen. Die Studierenden führen Strömungsrohrexperimente durch, um Russpartikel zu erzeugen, die mit sekundärem organischem Material beschichtet werden. Für die Experimente sind Gasmonitore zur Analyse der Oxidationsmittelkonzentrationen, Aerosolinstrumente zur Bestimmung der Anzahl und Größe der erzeugten Partikel sowie optische Instrumente zur Messung der Aerosolabsorption und -streuung erforderlich. In kleinen Teams konzentrieren sich die Studierenden auf spezifische Aspekte einer vollständigen Untersuchung der Aerosolalterung. Die Ergebnisse jedes Teams werden zusammengestellt und in der Gruppe diskutiert, um die endgültigen Ergebnisse der Untersuchung abzuleiten (als mündliche Präsentation). Ein Schwerpunkt dieses Kurses liegt auf der Charakterisierung physikalisch-optischer Eigenschaften, die für das Verständnis der Rolle gealterter Russpartikel im Strahlungshaushalt der Erde von entscheidender Bedeutung sind. Die Studierenden werden außerdem in die Grundprinzipien der Datenanalyse eingeführt, einschließlich der Bestimmung der experimentellen Unsicherheit, die für die Kontextualisierung dieser Experimente auf globaler Ebene wichtig ist.

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