Application of particle induced X-ray emission to aerosol long-range transport studies—transport pathways of pollution aerosol over the Atlantic ocean and Europe

Particle induced X-ray emission analysis (PIXE) has been applied to aerosol long-range transport studies. The combination of a size fractionating sampler and a multi-element technique has enabled the identification of the transport pathways of individual constituents over the Atlantic Ocean and Europe. Chemical and size distribution data were obtained for aerosols collected at different sampling sites for the ground layer and the free atmosphere. Evaluation of these data under the aspect of air mass history extended the elemental determination in long range transport. A statistical technique was introduced and used to succeed in the semi-quantitative determination of transported pollutants.     

Contributions of H2S to the atmospheric sulfur cycle

H₂S is a most important biogenic sulfur compound with regard to the atmospheric sulfur cycle. Our present knowledge of the spatial and temporal distribution of this trace gas is rather incomplete owing to unreliable analytical methods. Therefore, a new method for the analysis of H₂S in the g-range was applied. This paper deals with the results of ground- and aircraft measurements of H₂S in unpolluted air over swamps and tidal flats. Based on the measured vertical distributions a removal coefficient of 2.3×10^–5 sec^–1 and an average lifetime of 12 hours were calculated. Some conclusions of the contribution of H₂S to the atmospheric sulfur budget are added.     

Neue Untersuchungen über den Zusammenhang zwischen atmosphärischen Gefrierkernen und Kondensationskernen

Zusammenfassung Es wird über parallele Untersuchungen der atmosphärischen Gefrierkerne und der Kondensationskerne berichtet, die an drei klimatisch verschidenen Meßorten — Frankfurt/M, Taunus Observatorium und Zugspitze — bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen vorgenommen wurden. Im Verlauf der Untersuchungen zeigte sich eine starke Abhängigkeit der Aktivierungstemperatur der Gefrierkerne von der Teilchengröße der Kondensationskerne, die mit verschiedenen Methoden nachgewiesen werden konnte.

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Summary Parallel measurements of freezing nuclei and condensation nuclei were carried out at three different locations — Frankfurt/M, Taunus observatory and Zugspitze — under various weather conditions. During these investigations a strong relation between the activation-temperature of freezing nuclei and the particle size of the condensation nuclei was detected and confirmed with different methods.

     

Über Messungen der Scheindiffusion von Aerosolen in der bodennahen Luftschischt

Zusammenfassung Es wird über Versuche berichtet, die eine direkte und quantitative Bestimmung des Luftaustausches in Mulden und Gruben zum Ziele hatten. Die Bestimmung des in der Zeiteinheit ausgetauschten Luftvolumens erfolgt auf Grund laufender Messung der Konzentrationsabnahme künstlich erzeugter Aerosole, mit denen die in der Mulde stagnierende Luft markiert wurde. Die Geschwindigkeit der Konzentrationsabnahme und ihre Schwankungen sind ein Maß für die Größe des Austausches durch den turbulenten Mischungsprozeß. Die Persistenz der verwendeten, Aerosole wurde unter Berücksichtigung der Sedimentation, Koagulation und Eigendiffusion der Teilchen rechnerisch und experimentell abgeschätzt.

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Summary Experiments to determine directly and quantitatively the exchange of air in little valleys and ditches are being described. The air is being marked with artificially produced aerosols. The decrease of concentration of these aerosols is continuously measured and is an indication for the size of the air-exchange by turbulent mixing. The sedimentation, coagulation and diffusion of the aerosol-particles, processes which also lead to a decrease of concentration, have been carefully studied beforehand.

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Herrn Professor Dr.R. Mügge zum 60. Geburtstag gewidmet.     

Vorwort

Ohne Zusammenfassung     

梯度法观测大气与森林生态系统间羰基硫(COS)的交换通量

本工作用梯度法测定了大气与其下垫的森林间ＣＯＳ的交换通量。测量在德国哥廷根大学的一座５０ｍ高的森林观测塔上进行，该塔坐落在德国中部的Ｓｏｌｌｉｎｇ自然保护区的森林中。观测现场生长着树龄分别为１２０ａ和８０ａ的山毛榉和云杉。树冠线约２８ｍ高。在塔上离地面３２ｍ，３８ｍ和５０ｍ的地方用冷以法同时采集了空气样品。样品用气相色谱－火焰光度检测法测定。ＣＯＳ通量由其梯度及扩散系数求出。扩散系数由与ＣＯＳ一起测得的感热和水蒸气通量导出。在稳定边界层条件下共获得２０条廓线。每条廓线都显示ＣＯＳ浓度随高度下降而降低的趋势，说明森林吸收ＣＯＳ。总的结果表明，ＣＯＳ向森林中的平均输送通量为（１４３±５４）ｎｇＣＯＳｍ－２·ｓ－１．     

Untersuchung über die Verteilung von Spurengasen in der freien Atmosphäre

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit behandelt die Ergebnisse von Messflügen zur Bestimmung der Konzentrationsverteilung von Spurengasen in der freien Atmosphäre. Auf Grund dieser Aufstiege war es erstmals möglich, den Gehalt der Atmosphäre an Schwefeldioxyd und Stickstoffdioxyd bis in Höhen von 6000 m zu erfassen. Die gewonnene mittelere Konzentrations-verteilung bietet die Basis zu Abschätzungen über den Haushalt und die mittlere Verweilzeit von SO₂ und NO₂ in der Troposphäre.

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Summary This paper deals with the results of aircraft ascents for the measurement of the vertical distribution of atmospheric trace gases in the free atmosphere. The aircraft ascents permitted for the first time to measure the SO₂- and NO₂-concentration up to 6000 m. On the basis of the average distribution assumptions on the tropospheric budget of SO₂ and NO₂ as well as on the average tropospheric residence time of these gases were made.

     

The purpose of peer review in the case of an open-access publication

First scientific journals were simply a way of informing colleagues about new research findings. In due course, they started filtering out unreasonable claims, and introduced a peer-review system.     

Der Ozean als Quelle reaktiver Stickstoffverbindungen

The paper deals with the atmospheric gaseous nitrogen-compounds under special consideration of the ocean being a source for NH₃. The distribution of NH₃ and NH₄ ⁺ in the ocean is discussed. Additionally a survey of measured marine pH-values is given. While in temperate latitudes the source-strength of the ocean seems to be low, no such statement can be made at present for tropical latitudes owing to lack of measurements.

     

Untersuchungen über atmosphärische Spurenstoffe und ihre Bedeutung für die Chemie der Niederschläge

Zusammenfassung Nach einer kurzen Einführung über die Methoden der chemischen Analyse atmosphärischer Spurenstoffe und einer Übersicht über die natürlichen Quellen der verschiedenen Spurengase wird über Meßergebnisse an verschiedenen kontinentalen Meßplätzen berichtet. Die Ergebnisse werden denjenigen vonJunge an maritimen Orten gegenübergestellt. Insbesondere wurden die in 3000 m Höhe auf der Zugspitze ermittelten Daten in Abhängigkeit von der vertikalen Temperaturschichtung ausgewertet. In einem zweiten Abschnitt wird die Beziehung zwischen atmosphärischen Spurenstoffen und der Chemie der Niederschläge behandelt. Dabei wird die Bedeutung der Spurengase für den Gehalt des Regenwassers an verschiedenen chemischen Komponenten herausgestellt. Abschliessend werden die Auswertungen über den Zusammenhang zwischen der Konzentration natürlicher Spurenstoffe im Regen und der Niederschlagshöhe besprochen.

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Summary After a short introduction on the methods of chemical analysis of atmospheric trace substances and a survey on the natural sources of the different atmospheric trace gases, new results of measurements carried out at different continental locations are communicated. The results are compared with those gained byJunge at maritime stations. In particular the data gained on the summit of Zugspitze at 3000 m altitude, were evaluated with respect to the vertical temperature gradient of the atmosphere. In a second chapter the relation between atmospheric trace substances and the chemistry of precipitation is discussed. In this connection the importance of gas-traces for the concentration of chemical matter in rainwater is stressed. Finally the relationship between the concentration of trace-substances in rain and the amount of precipitation of individual rainfalls is presented.

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The research reported in this article has been sponsored and supported in part by the Geophysics Research Directorate, Air Force Cambridge Research Center, under contract AF 61 (052)-249 through the European Office, ARDC.-Erweiterte Fassung eines Vortrags, gehalten auf der XII. Generalversammlung der IUGG in Helsinki 1960.