Biogenes Aerosol (BA) umfasst direkt von der Biosphäre in die Atmosphäre freigesetzte primäre Aerosole (PBA: Algen, Bakterien, Pilzsporen, Pollen, Pflanzenpartikel, etc.), als auch sekundäre Aerosolbildungspfade (sekundäres organisches Aerosol SOA) aus emittierten Vorläufersubstanzen, den biogenen flüchtigen organischen Verbindungen (BVOCs). Die Größenordnung von BA reicht dabei von Nanometern bis 0.1 mm.
Pollen
In die Luft abgegebene Pollenkörner sind Teil des PBAs, gut durchmischt und wechselwirken mit anderen Aerosolen und Luftbeimengungen wie Photooxidantien und Schadstoffen (Säuren, NOx, etc.). Die Emission, Verteilung und Konzentration von Pollen wird durch pflanzenspezifische (gesamt Menge an Pollenkörnern, Phänologie, …) und meteorologische Parameter (Temperatur, relativer Feuchte, Niederschlage, Strahlung, Grenzschichthöhe, Windgeschwindigkeit und Richtung, …) bestimmt. Während des Transports wirken weitere Prozesse auf den Pollen (Stress, physikalische Umwandlung, UV-Strahlung, Wolkenprozesse, nasse- und trockene Deposition). Alterungsprozesse als auch feuchte Bedingungen können Pollenkörner zum Platzen bringen, wodurch Subpollen Partikel (SPP) und allergische Proteine freigesetzt werden, welche unter bestimmten meteorologischen Voraussetzungen (wie z.B. Gewitter) lebensgefährliche Allergische Bedingungen hervorbringen können. SPP sind effektive Wolkenkondensations- (CCN) als auch Eiskeime (INP). Sie haben einen wesentlichen Einfluss auf die Reflektivität, Entwicklung und Lebensdauer von Wolken, sowie die Niederschlagsbildung. Die mit dem Klimawandel einhergehenden meteorologischen Veränderungen haben einen direkten Einfluss auf die Pollen-Emission, -Diversität und -Ausbreitung und indirekt durch die klimawandelbedingten Landnutzungsänderungen.
BVOCs und SOA
Es gibt eine Vielzahl an BVOCs, die durch Pflanzen emittiert werden, wie Beispielsweise Isopren, Monoterpene, Sesquiterpene und sauerstoffhaltige Verbindungen (kurz OVOCs). Hierbei ist die Menge und Zusammensetzung der emittierten BVOCs von den jeweiligen Pflanzen abhängig, wodurch artspezifische Emissionsprofile hervorgerufen werden. Bäume zählen zu den stärksten BVOC-Emittenten. Die Emission der BVOCs wird im Wesentlichen durch Temperatur und solare Einstrahlung gesteuert. Verschiedene Stressoren (Verwundung, Parasitenbefall, Ozon, UV-Strahlung, Trockenheit, Hitze) können jedoch sowohl die Menge als auch die Zusammensetzung der pflanzenspezifischen BVOC-Emissionen verändern. Wobei die Reaktion auf den Stressor ebenfalls baumartenspezifisch ist. BVOCs sind äußerst reaktionsfreudig und werden zügig durch Ozon, OH- und NO3-Radikale abgebaut. Der Abbau von VOCs unter erhöhten NOx Bedingungen führt zur Bildung von bodennahmen Ozon. Darüber hinaus verringert sich durch die voranschreitende chemische Umwandlung der BVOCs auch deren Flüchtigkeit, wodurch sie in die Partikelphase übergehen und SOA bilden können. Herbei können sie sowohl zur Partikelneubildung, als auch durch Kondensation auf bereits bestehende Partikel, zu deren Wachstum beitragen. Diese beiden Vorgänge sind essentiell für die Bildung von CCNs. BVOCs wirken sich folglich auf die Luftqualität (NOx, Ozon, SOA als Teil von PM) als auch das Klima (Ozon, Oxidantienkonzentrationen, Strahlung, Wolken, Niederschlag) aus.
Abb. 1: Schematische Darstellung zur Wechselwirkung zwischen Biosphäre und Atmosphäre, als auch dem Zusammenhang zwischen Luftqualität und Klima (rot hinterlegte Bereich sind mit einer wärmenden und blau hinterlegte Bereiche mit einer kühlenden Wirkung assoziiert).
Die Simulationen von biogenen Emissionen sind mit großen Unsicherheiten behaftet, welche zu einem großen Anteil den Modeleingangsparametern (meteorologischer Antrieb, Landnutzung und zugehörigen Parametern) zugeordnet werden können. Globale Werte für die Isopren-Emission reichen von 350 bis 800 Tg yr-1 und für den SOA-Gehalt von 12 bis 1820 Tg yr-1. Baumpflanzungsprogramme sind mittlerweile ein wichtiger Bestandteil von Klimaanpassungs- und Minderungsstrategien. Da jedoch die BVOC- Emissionsstärke als auch Komposition baumartenspezifisch sind, könnten sich solche Programme negativ auf die Luftqualität und langfristig auch auf das Klima auswirken. Um alle Klima- und Luftqualitätsaspekte berücksichtigen zu können ist mehr Wissen hinsichtlich der pflanzenspezifischen Auswirkungen notwendig.