Quantitative Untersuchung der Chemie von SO2 und reaktiver Halogenverbindungen in Vulkanfahnen mittels einer neuartigen Fabry-Pérot Kamera Methode

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Platt
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399112922

Die Untersuchung der räumlichen Struktur und der chemischen Zusammensetzung von Vulkanfahnen sowie deren Entwicklung mit hoher zeitlicher Auflösung (Sekunden) ermöglichen die Untersuchung von Vorgänge die mit herkömmlichen Abtastmethoden (Scannern) nicht zugänglich sind. Dies sind insbesondere:(1) Die direkte Visualisierung von Transport- und (turbulenten) Mischungsprozessen auf ihren intrinsischen Zeitskalen. (2) Die quantitative Verfolgung chemischer Umwandlungsprozesse (z.B. der BrO-Bildung) in Echtzeit. (3) Die Analyse von räumlichen Konzentrationsgradienten (z.B. von BrO und OClO) und ihrer zeitlichen Entwicklung, dies wiederum erlaubt Rückschlüsse auf Details der zugrundeliegenden chemischen Mechanismen.Bisher gibt es Verfahren zur Abbildung der Spurenstoffzusammensetzung nur für vulkanisches SO2. Diese Instrumente sind als "SO2-Kamera" bekannt geworden, sie beruhen auf einfache, nicht dispersiver Spektroskopie und sind sehr anfällig gegen Quer¬empfind¬lichkeiten (z.B. gegen Aerosol), insbesondere kann das Prinzip nicht auf andere Vulkangase angewandt werden. Trotz dieser Nachteile kann das Aufkommen von SO2-Kameras als Durchbruch in der Erforschung vulkanischer Gase bezeichnet werden.Im Rahmen dieses Projektes schlagen wir die Weiterentwicklung und Anwendung eines neuartigen, auf dem Fabry-Perot Interferometer (FPI) Prinzip beruhenden Kamerasystems vor, das die räumliche Verteilung mehrer wichtiger Vulkangase mit hoher Zeitauflösung und praktisch ohne Querempfindlichkeiten erlaubt. Wir haben bereits die praktische Anwendbarkeit des Prinzips für SO2 demonstriert und zudem gezeigt, dass die Technik hinreichend empfindlich und spezifisch ist um auch BrO und OClO in Vulkanfahnen nachzuweisen.Im Rahmen des Projektes werden wir Geräte für die Erfassung von 2D-Bildern dieser drei Spezies aufbauen und im Rahmen von Feldmesskampagnen für die Untersuchung der räumlichen Verteilung und zeitlichen Entwicklung von Halogenradikal-Konzentrationen in Vulkanfahnen einsetzen. Die geplanten Untersuchungen umfassen sowohl kontinuierliche Entgasung als auch explosive Fahnen. Studien dieser Art sind bisher mit keiner anderen bekannten Technik möglich. Weiterhin kann die hier vorgeschlagene Entwicklung als Grundlage für die zukünftigen Anwendung der FPI-Methode auf eine Reihe weiterer Spezies (e.g. IO, NO2, CH2O) dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Nicole Bobrowski