Natürliche Luftreinigung entdeckt 16.09.2013, 15:09 Uhr

Bakterien im Erdboden geben salpetrige Säure auch direkt ab

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz haben neue Erkenntnisse hinsichtlich der Freisetzung von salpetriger Säure, auch HONO genannt, gemacht. Nach neuesten Bodenproben wird dieser Stoff auch direkt gasförmig an die Luft abgegeben, sobald er mit Licht zusammentrifft. 

Eine starke HONO-Quelle: Aus Proben eines Ackerbodens in Finthen bei Mainz entweicht besonders viel salpetrige Säure, sobald dieser an der Oberfläche austrocknet. Periodische Feuchtigkeitsschwankungen durch Niederschläge kurbeln die bakterielle Produktion des Spurengases, das die Selbstreinigung der Atmosphäre beeinflusst, zusätzlich an.

Eine starke HONO-

Foto: Aus Proben eines Ackerbodens in Finthen bei Mainz entweicht besonders viel salpetrige Säure, sobald dieser an der Oberfläche austrocknet. Periodische Feuchtigkeitsschwankungen durch Niederschläge kurbeln die bakterielle Produktion des Spurengases, das die Selbstreinigung der Atmosphäre beeinflusst, zusätzlich an.

Bodenbakterien geben Hydrogennitrit, auch bekannt als salpetrige Säure oder HONO, direkt an die Luft ab. Dieser Vorgang beeinflusst die natürliche Luftreinigung der Atmosphäre. Sobald das Gas mit Licht in Berührung kommt, zerfällt es in Stickstoffmonoxid und Hydroxylradikale. Diese Hydroxylradikale reinigen die Luft, indem sie Schadstoffe oxidieren und auf diese Weise beseitigen. Dieses Untersuchungsergebnis erklärt auch, warum in der Atmosphäre immer mehr von der salpetrigen Säure gemessen wird, als eigentlich aus den bekannten Quellen zu erwarten wäre.

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Weltweite Bodenproben untersucht

Die Wissenschaftler des Max-Planck-Institutes untersuchten Bodenproben von 17 verschiedenen Ökosystemen im Labor. Befreundete Forschergruppen aus aller Welt sendeten ihre Proben zum Institut nach Mainz.  „Wir haben zum Beispiel Bodenproben von einem rheinhessischen Acker, aber auch aus einer Steinwüste in China und einem Eukalyptuswald in Australien untersucht“, so die Umweltwissenschaftlerin Ivonne Trebs vom Max-Planck-Institut für Chemie.

Aus jeder einzelnen dieser Proben bestimmten die Wissenschaftler die Menge an HONO und Stickstoffmonoxid (NO). Sie wussten, dass Bakterien auf verschiedenen Wegen NO erzeugen und abgeben können. „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 Stickstoffmonoxid-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.“

Einfaches Experiment war am effektivsten

Ein einfaches Experiment war letztendlich ausschlaggebend für die Forscher: Beim Vergleich von  natürlichen Bodenproben mit sterilisierten Bodenproben zeigte sich schnell, dass die natürlichen Bodenproben etwa viermal so viel HONO enthielten wie die sterilisierten. Dieser Versuch weist nach, dass HONO durch Bakterien gebildet wird, die in der obersten Bodenschicht sitzen und Ammoniak oxidieren. Diese Erkenntnis wurde durch einen weiteren Versuch bestätigt, in dem der Chemiker Michael Ermel einen künstlichen Boden aus Glasperlen herstellte und Ammoniak-oxidierende Bakterien hinzugab. Aus dieser Probe entwickelte sich viermal so viel HONO wie aus der sterilen Vergleichsprobe, denen die Forscher eine wässrige Nitrit-Lösung zugaben.

„Gemeinsam mit Kollegen haben wir vor zwei Jahren herausgefunden, dass das Gas aus Böden entweicht“, erklärt Ivonne Trebs, Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Chemie. Aus dieser Entdeckung schlussfolgerten sie damals, dass die freigesetzte salpetrige Säure abhängig ist von der Menge und Säurehaltigkeit der Nitrit-Ionen im Boden. 

Die meiste salpetrige Säure kam aus einem Ackerboden in der Nähe von Mainz. „Die Emissionen scheinen dann besonders groß zu sein, wenn die Erde abwechselnd mal feucht und mal trocken ist“, erklärt Robert Oswald. Die Bakterien werden besonders in den feuchten Phasen aktiv. Dann geben die Bakterien das HONO teils in die Luft ab und halten es teils als Nitrit im feuchten Boden. Ist der Boden trocken, geben die Mikroben das Gas dagegen direkt an die Luft ab. Dieser Vorgang beeinflusst die Luftreinigung und den globalen Stickstoffkreislauf.

Die neuen Erkenntnisse ermöglichen den Wissenschaftlern nun genauere Modelle der Atmosphärenchemie. Sie wollen in ihren Modellen berücksichtigen, dass bakterielle HONO-Quellen in den unterschiedlichen Regionen anders auf den Klimawandel reagieren. 

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