Research Group Prof. Dr. G. Friedrichs

Premiere für neues Laserverfahren auf Forschungsreise

Presseinformation vom 30.11.2009
Wissenschaftler setzen erfolgreich neues Lasermessverfahren für hochgenaue Ermittlung der Kohlendioxid-Konzentration im Ozean-Oberflächenwasser ein

Die hochkomplexen Experimente in den Laserlaboratorien des Instituts für Physikalische Chemie der Christian-Albrechts-Universität eigneten sich bisher kaum für Einsätze auf Forschungsschiffen. Das Gewirr von optischen und elektronischen Komponenten, installiert auf schwingungsgedämpften Tischen in staubarmen Räumen, würde auf einem Schiff nicht die gewünschten Ergebnisse liefern. Dank Fortschritte im Bau kleiner und robuster Diodenlasersysteme und durch Verwendung von Glasfaserkomponenten ist es seit kurzem möglich, die im Labor konzipierten modernen Messmethoden so weiterzuentwickeln, dass sie auch auf Forschungsschiffen und damit unter schwierigen Bedingungen eingesetzt werden können. Seit einigen Jahren wird eine neue Messtechnik, die Cavity Ringdown Spectroscopy (CRDS), erprobt, mit der Spurengase wie Kohlendioxid (CO2) besonders genau nachgewiesen werden können. Der Laserstrahl durchläuft dazu eine kleine, speziell konstruierte Messzelle viele tausend Mal, so dass ein Lichtweg von mehreren Kilometern erreicht wird. Das Ergebnis sind hochgenaue Werte der CO2-Konzentration im Oberflächenwasser der Ozeane.

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Polarstern In einem vom Exzellenzcluster "Ozean der Zukunft" mit 100.000 Euro geförderten Projekt unter Leitung von Prof. Gernot Friedrichs, Institut für Physikalische Chemie an der CAU, ist es jetzt erstmals gelungen, ein auf der CRDS-Technologie basierendes Lasergerät auf der aktuellen Expedition mit dem Forschungsschiff Polarstern von Bremerhaven nach Punta Arenas (Chile, Magellanstraße) erfolgreich einzusetzen. "Bereits im ersten Testlauf haben wir ausgesprochen präzise Messdaten ermitteln können, die nicht nur die CO2-Konzentration, sondern vor allem auch das Isotopenverhältnis im Kohlendioxid betreffen", sagt Prof. Gernot Friedrichs vom Exzellenzcluster "Ozean der Zukunft" und Institut für Physikalische Chemie an der CAU. Das Verhältnis gibt Auskunft darüber, durch welche physikalischen, chemischen oder biologischen Prozesse das Kohlendioxid gebildet, transportiert oder verbraucht wird. Durch die neuen Messungen können Wissenschaftler schneller und besser verfolgen, was etwa mit dem aus fossilen Brennstoffen freigesetzten Kohlendioxid im Einzelnen passiert. Bisher waren dazu aufwendige Messungen vereinzelter Wasserproben notwendig, die erst im Anschluss an die Expedition in spezialisierten Massenspektrometrie-Laboren erfolgen konnte.

"Dieses neue Laserverfahren, das unter wenig konstanten Bedingungen auf See eingesetzt werden kann, wird uns in Zukunft helfen, die Bedeutung der Ozeane für die Aufnahme von Kohlendioxid besser zu verstehen und Prognosen zur Klimaerwärmung zuverlässiger zu machen," so Friedrichs weiter, "schon die ersten Ergebnisse zeigen, dass wir die Potenziale des Standorts Kiel im Bereich der Meereswissenschaften erfolgreich bündeln konnten."

Der Fahrt war eine detaillierte Charakterisierung des CRDS-Gerätes in der Arbeitsgruppe von Prof. Gernot Friedrichs vorausgegangen. In einer weiteren Testphase in Kooperation mit der auf Gasmessungen im Ozean spezialisierten Kieler Firma CONTROS Systems & Solutions GmbH hatte sich das Gerät so bewährt, dass es in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Arne Körtzinger, Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR), für sechs Wochen auf dem Forschungsschiff Polarstern installiert werden konnte.