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Lufreinigung

Bodenbakterien beeinflussen die Luftreinigung

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Globale HONO-Emissionen hängen mit NO-Emissionen zusammen

Für jede Bodenprobe bestimmten sie, wie viel HONO und wie viel Stickstoffmonoxid (NO) die Erde ausgast. Dass Bakterien auf unterschiedlichen Wegen NO erzeugen und abgeben, ist bereits bekannt. „Diese Emissionen sind weltweit recht gut erfasst, weil auch NO ein wichtiges Spurengas ist und bei vielen chemischen Reaktionen wie etwa der Ozon-Bildung in der Atmosphäre mitmischt“, erklärt Thomas Behrendt, der am Mainzer Max-Planck-Institut die NO-Emissionen von Böden misst. „Wir haben nun festgestellt, dass neutrale und alkalische Böden etwa genauso viel HONO abgeben wie NO, sodass wir aus den bekannten NO-Emissionen der Bodenbakterien auf ihre direkten HONO-Emissionen schließen können.“

Den entscheidenden Hinweis auf die direkte bakterielle HONO-Bildung brachte aber ein einfaches Experiment: Die Forscher verglichen natürliche Bodenproben mit Proben, in denen die Bakterien abgetötet wurden. Aus den unbehandelten Bodenproben entwich viermal so viel HONO wie aus den sterilisierten Böden. „HONO wird durch Bakterien gebildet, die in der obersten Bodenschicht sitzen und Ammoniak oxidieren“, sagt Michael Ermel. Zur Bestätigung stellte der Chemiker auch eine einfache Art künstlichen Boden aus Glasperlen her und gab Ammoniak-oxidierende Bakterien hinzu. Aus der Probe mit den Bakterien entwich viermal so viel HONO wie aus einer sterilen Vergleichsprobe, der die Forscher eine wässrige Nitrit-Lösung zusetzten.

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Genauere Modelle der Atmosphärenchemie werden möglich

Den Messungen an den verschiedenen Bodenproben zufolge tritt am meisten salpetrige Säure aus einem Ackerboden aus, den die Forscher unweit von Mainz einsammelten. „Die Emissionen scheinen dann besonders groß zu sein, wenn die Erde abwechselnd mal feucht und mal trocken ist“, erklärt Robert Oswald. Die feuchten Phasen brauchen die Bakterien offenbar, um besonders aktiv zu werden. Auch unter diesen Bedingungen stellen die Bakterien salpetrige Säure her, die teils als Nitrit im feuchten Boden verbleibt und teils als HONO in die Atmosphäre übergeht. In trockenem Boden geben die Mikroben das Gas hingegen direkt an die Luft ab.

Dass Bodenbakterien salpetrige Säure direkt an die Luft abgeben und somit die Selbstreinigung der Atmosphäre beeinflussen, berücksichtigen Modelle der globalen Atmosphärenchemie bisher nicht. „Unsere Erkenntnisse werden dazu beitragen, die Genauigkeit dieser Modelle zu verbessern“, sagt Ivonne Trebs. So können die Forscher in Zukunft berücksichtigen, dass die bakterielle HONO-Quelle in vielen Regionen anders auf den Klimawandel und die zunehmende Trockenheit reagieren würde, als die bisher bekannten HONO-Emissionen. Künftige Untersuchungen dürften über solche Zusammenhänge noch mehr Klarheit bringen, so Ivonne Trebs: „Mit weiteren Labor- und Feldmessungen werden nun die global abgegebenen Mengen und die Details der HONO-Bildung im Boden bestimmt.“

Originalpublikation: R. Oswald, T. Behrendt, M. Ermel, D. Wu, H. Su, Y. Cheng, C. Breuninger, A. Moravek, E. Mougin, C. Delon, B. Loubet, A. Pommerening-Röser, M. Sörgel, U. Pöschl, T. Hoffmann, M.O. Andreae, F.X. Meixner und I. Trebs; HONO emissions from soil bacteria as a major source of atmospheric reactive nitrogen; Science, 13. September 2013; doi: 10.1126/science.1242266

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