Formation and surface exchange of nitrous acid

Die salpetrige Säure (HONO) ist eine der reaktiven Stickstoffkomponenten der Atmosphäre und Pedosphäre. Die genauen Bildungswege von HONO, sowie der gegenseitige Austausch von HONO zwischen Atmosphäre und Pedosphäre sind noch nicht vollständig aufgedeckt. Bei der HONO-Photolyse entsteht das Hydroxylradikal (OH) und Stickstoffmonooxid (NO), was die Bedeutsamkeit von HONO für die atmosphärische Photochemie widerspiegelt.rnUm die genannte Bildung von HONO im Boden und dessen anschließenden Austausch mit der Atmosphäre zu untersuchen, wurden Messungen von Bodenproben mit dynamischen Kammern durchgeführt. Im Labor gemessene Emissionsflüsse von Wasser, NO und HONO zeigen, dass die Emission von HONO in vergleichbarem Umfang und im gleichen Bodenfeuchtebereich wie die für NO (von 6.5 bis 56.0 % WHC) stattfindet. Die Höhe der HONO-Emissionsflüsse bei neutralen bis basischen pH-Werten und die Aktivierungsenergie der HONO-Emissionsflüsse führen zu der Annahme, dass die mikrobielle Nitrifikation die Hauptquelle für die HONO-Emission darstellt. Inhibierungsexperimente mit einer Bodenprobe und die Messung einer Reinkultur von Nitrosomonas europaea bestärkten diese Theorie. Als Schlussfolgerung wurde das konzeptionelle Model der Bodenemission verschiedener Stickstoffkomponenten in Abhängigkeit von dem Wasserhaushalt des Bodens für HONO erweitert.rnIn einem weiteren Versuch wurde zum Spülen der dynamischen Kammer Luft mit erhöhtem Mischungsverhältnis von HONO verwendet. Die Messung einer hervorragend charakterisierten Bodenprobe zeigte bidirektionale Flüsse von HONO. Somit können Böden nicht nur als HONO-Quelle, sondern auch je nach Bedingungen als effektive Senke dienen. rnAußerdem konnte gezeigt werden, dass das Verhältnis von HONO- zu NO-Emissionen mit dem pH-Wert des Bodens korreliert. Grund könnte die erhöhte Reaktivität von HONO bei niedrigem pH-Wert und die längere Aufenthaltsdauer von HONO verursacht durch reduzierte Gasdiffusion im Bodenporenraum sein, da ein niedriger pH-Wert mit erhöhter Bodenfeuchte am Maximum der Emission einhergeht. Es konnte gezeigt werden, dass die effektive Diffusion von Gasen im Bodenporenraum und die effektive Diffusion von Ionen in der Bodenlösung die HONO-Produktion und den Austausch von HONO mit der Atmosphäre begrenzen. rnErgänzend zu den Messungen im Labor wurde HONO während der Messkampagne HUMPPA-COPEC 2010 im borealen Nadelwald simultan in der Höhe von 1 m über dem Boden und 2 bis 3 m über dem Blätterdach gemessen. Die Budgetberechnungen für HONO zeigen, dass für HONO sämtliche bekannte Quellen und Senken in Bezug auf die übermächtige HONO-Photolyserate tagsüber vernachlässigbar sind (< 20%). Weder Bodenemissionen von HONO, noch die Photolyse von an Oberflächen adsorbierter Salpetersäure können die fehlende Quelle erklären. Die lichtinduzierte Reduktion von Stickstoffdioxid (NO2) an Oberflächen konnte nicht ausgeschlossen werden. Es zeigte sich jedoch, dass die fehlende Quelle stärker mit der HONO-Photolyserate korreliert als mit der entsprechenden Photolysefrequenz, die proportional zur Photolysefrequenz von NO2 ist. Somit lässt sich schlussfolgern, dass entweder die Photolyserate von HONO überschätzt wird oder dass immer noch eine unbekannte, HONO-Quelle existiert, die mit der Photolyserate sehr stark korreliert. rn rn

The sensitivity of the photostationary state of NOx and its implication for the oxidation capacity in a semi-rural and boreal forest region

Für das Vermögen der Atmosphäre sich selbst zu reinigen spielen Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) eine bedeutende Rolle. Diese Spurengase bestimmen die photochemische Produktion von Ozon (O3) und beeinflussen das Vorkommen von Hydroxyl- (OH) und Nitrat-Radikalen (NO3). Wenn tagsüber ausreichend Solarstrahlung und Ozon vorherrschen, stehen NO und NO2 in einem schnellen photochemischen Gleichgewicht, dem „Photostationären Gleichgewichtszustand“ (engl.: photostationary state). Die Summe von NO und NO2 wird deshalb als NOx zusammengefasst. Vorhergehende Studien zum photostationären Gleichgewichtszustand von NOx umfassen Messungen an unterschiedlichsten Orten, angefangen bei Städten (geprägt von starken Luftverschmutzungen), bis hin zu abgeschiedenen Regionen (geprägt von geringeren Luftverschmutzungen). Während der photochemische Kreislauf von NO und NO2 unter Bedingungen erhöhter NOx-Konzentrationen grundlegend verstanden ist, gibt es in ländlicheren und entlegenen Regionen, welche geprägt sind von niedrigeren NOx-Konzetrationen, signifikante Lücken im Verständnis der zugrundeliegenden Zyklierungsprozesse. Diese Lücken könnten durch messtechnische NO2-Interferenzen bedingt sein - insbesondere bei indirekten Nachweismethoden, welche von Artefakten beeinflusst sein können. Bei sehr niedrigen NOx-Konzentrationen und wenn messtechnische NO2-Interferenzen ausgeschlossen werden können, wird häufig geschlussfolgert, dass diese Verständnislücken mit der Existenz eines „unbekannten Oxidationsmittels“ (engl.: unknown oxidant) verknüpft ist. Im Rahmen dieser Arbeit wird der photostationäre Gleichgewichtszustand von NOx analysiert, mit dem Ziel die potenzielle Existenz bislang unbekannter Prozesse zu untersuchen. Ein Gasanalysator für die direkte Messung von atmosphärischem NO¬2 mittels laserinduzierter Fluoreszenzmesstechnik (engl. LIF – laser induced fluorescence), GANDALF, wurde neu entwickelt und während der Messkampagne PARADE 2011 erstmals für Feldmessungen eingesetzt. Die Messungen im Rahmen von PARADE wurden im Sommer 2011 in einem ländlich geprägten Gebiet in Deutschland durchgeführt. Umfangreiche NO2-Messungen unter Verwendung unterschiedlicher Messtechniken (DOAS, CLD und CRD) ermöglichten einen ausführlichen und erfolgreichen Vergleich von GANDALF mit den übrigen NO2-Messtechniken. Weitere relevante Spurengase und meteorologische Parameter wurden gemessen, um den photostationären Zustand von NOx, basierend auf den NO2-Messungen mit GANDALF in dieser Umgebung zu untersuchen. Während PARADE wurden moderate NOx Mischungsverhältnisse an der Messstelle beobachtet (10^2 - 10^4 pptv). Mischungsverhältnisse biogener flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen (BVOC, engl.: biogenic volatile organic compounds) aus dem umgebenden Wald (hauptsächlich Nadelwald) lagen in der Größenordnung 10^2 pptv vor. Die Charakteristiken des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx bei niedrigen NOx-Mischungsverhältnissen (10 - 10^3 pptv) wurde für eine weitere Messstelle in einem borealen Waldgebiet während der Messkampagne HUMPPA-COPEC 2010 untersucht. HUMPPA–COPEC–2010 wurde im Sommer 2010 in der SMEARII-Station in Hyytiälä, Süd-Finnland, durchgeführt. Die charakteristischen Eigenschaften des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx in den beiden Waldgebieten werden in dieser Arbeit verglichen. Des Weiteren ermöglicht der umfangreiche Datensatz - dieser beinhaltet Messungen von relevanten Spurengasen für die Radikalchemie (OH, HO2), sowie der totalen OH-Reaktivität – das aktuelle Verständnis bezüglich der NOx-Photochemie unter Verwendung von einem Boxmodell, in welches die gemessenen Daten als Randbedingungen eingehen, zu überprüfen und zu verbessern. Während NOx-Konzentrationen in HUMPPA-COPEC 2010 niedriger sind, im Vergleich zu PARADE 2011 und BVOC-Konzentrationen höher, sind die Zyklierungsprozesse von NO und NO2 in beiden Fällen grundlegend verstanden. Die Analyse des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx für die beiden stark unterschiedlichen Messstandorte zeigt auf, dass potenziell unbekannte Prozesse in keinem der beiden Fälle vorhanden sind. Die aktuelle Darstellung der NOx-Chemie wurde für HUMPPA-COPEC 2010 unter Verwendung des chemischen Mechanismus MIM3* simuliert. Die Ergebnisse der Simulation sind konsistent mit den Berechnungen basierend auf dem photostationären Gleichgewichtszustand von NOx.

A prospective study of the impact of air pollution on respiratory symptoms and infections in infants

Rationale: There is increasing evidence that short-term exposure to air pollution has a detrimental effect on respiratory health, but data from healthy populations, particularly infants, are scarce. Objectives: To assess the association of air pollution with frequency and severity of respiratory symptoms and infections measured weekly in healthy infants. Methods: In a prospective birth cohort of 366 infants of unselected mothers, respiratory health was assessed weekly by telephone interviews during the first year of life (19,106 total observations). Daily mean levels of particulate matter (PM10), nitrogen dioxide (NO2), and ozone (O3) were obtained from local monitoring stations. We determined the association of the preceding week's pollutant levels with symptom scores and respiratory tract infections using a generalized additive mixed model with an autoregressive component. In addition, we assessed whether neonatal lung function influences this association and whether duration of infectious episodes differed between weeks with normal PM10 and weeks with elevated levels. Measurements and Main Results: We found a significant association between air pollution and respiratory symptoms, particularly in the week after respiratory tract infections (risk ratio, 1.13 [1.02-1.24] per 10 μg/m(3) PM10 levels) and in infants with premorbid lung function. During times of elevated PM10 (>33.3 μg/m(3)), duration of respiratory tract infections increased by 20% (95% confidence interval, 2-42%). Conclusions: Exposure to even moderate levels of air pollution was associated with increased respiratory symptoms in healthy infants. Particularly in infants with premorbid lung function and inflammation, air pollution contributed to longer duration of infectious episodes with a potentially large socioeconomic impact.

Air pollution during pregnancy and lung function in newborns: a birth cohort study

Post-natal exposure to air pollution is associated with diminished lung growth during school age. The current authors aimed to determine whether pre-natal exposure to air pollution is associated with lung function changes in the newborn. In a prospective birth cohort of 241 healthy term-born neonates, tidal breathing, lung volume, ventilation inhomogeneity and exhaled nitric oxide (eNO) were measured during unsedated sleep at age 5 weeks. Maternal exposure to particles with a 50% cut-off aerodynamic diameter of 10 microm (PM(10)), nitrogen dioxide (NO(2)) and ozone (O(3)), and distance to major roads were estimated during pregnancy. The association between these exposures and lung function was assessed using linear regression. Minute ventilation was higher in infants with higher pre-natal PM(10) exposure (24.9 mL x min(-1) per microg x m(-3) PM(10)). The eNO was increased in infants with higher pre-natal NO(2) exposure (0.98 ppb per microg x m(-3) NO(2)). Post-natal exposure to air pollution did not modify these findings. No association was found for pre-natal exposure to O(3) and lung function parameters. The present results suggest that pre-natal exposure to air pollution might be associated with higher respiratory need and airway inflammation in newborns. Such alterations during early lung development may be important regarding long-term respiratory morbidity.

Is there a common pattern of future gas-phase air pollution in Europe under diverse climate change scenarios?

Climate change alone influences future levels of tropospheric ozone and their precursors through modifications of gas-phase chemistry, transport, removal, and natural emissions. The goal of this study is to determine at what extent the modes of variability of gas-phase pollutants respond to different climate change scenarios over Europe. The methodology includes the use of the regional modeling system MM5 (regional climate model version)-CHIMERE for a target domain covering Europe. Two full-transient simulations covering from 1991–2050 under the SRES A2 and B2 scenarios driven by ECHO-G global circulation model have been compared. The results indicate that the spatial patterns of variability for tropospheric ozone are similar for both scenarios, but the magnitude of the change signal significantly differs for A2 and B2. The 1991–2050 simulations share common characteristics for their chemical behavior. As observed from the NO2 and α-pinene modes of variability, our simulations suggest that the enhanced ozone chemical activity is driven by a number of parameters, such as the warming-induced increase in biogenic emissions and, to a lesser extent, by the variation in nitrogen dioxide levels. For gas-phase pollutants, the general increasing trend for ozone found under A2 and B2 forcing is due to a multiplicity of climate factors, such as increased temperature, decreased wet removal associated with an overall decrease of precipitation in southern Europe, increased photolysis of primary and secondary pollutants as a consequence of lower cloudiness and increased biogenic emissions fueled by higher temperatures.

The unstable CO2 feedback cycle on ocean planets

Ocean planets are volatile-rich planets, not present in our Solar system, which are thought to be dominated by deep, global oceans. This results in the formation of high-pressure water ice, separating the planetary crust from the liquid ocean and, thus, also from the atmosphere. Therefore, instead of a carbonate-silicate cycle like on the Earth, the atmospheric carbon dioxide concentration is governed by the capability of the ocean to dissolve carbon dioxide (CO2). In our study, we focus on the CO2 cycle between the atmosphere and the ocean which determines the atmospheric CO2 content. The atmospheric amount of CO2 is a fundamental quantity for assessing the potential habitability of the planet's surface because of its strong greenhouse effect, which determines the planetary surface temperature to a large degree. In contrast to the stabilizing carbonate-silicate cycle regulating the long-term CO2 inventory of the Earth atmosphere, we find that the CO2 cycle feedback on ocean planets is negative and has strong destabilizing effects on the planetary climate. By using a chemistry model for oceanic CO2 dissolution and an atmospheric model for exoplanets, we show that the CO2 feedback cycle can severely limit the extension of the habitable zone for ocean planets.

NO2-induced nitrate reductase activity in needles of Norway spruce (Picea abies) under laboratory and field conditions

The induction of activity of the enzyme nitrate reductase (NR, EC 1.6.6.1, 1.6.6.2) in needles of Norway spruce (Picea abies[L.] Karst.) by nitrogen dioxide (NO2) was studied under laboratory and field conditions. In fumigation chambers an increase in nitrate reductase activity (NRA) was detected 4 h after the start of the NO2 treatment. During the first 2 days with 100 µg NO2 m−3, NRA reached a constant level and did not change during the following 4 days. At the same level of NO2, NRA was lower in needles from trees grown on NPK-fertilized soil than on non-fertilized soil. After the transfer of spruce trees from fertilized soil to NPK-rich nutrient solution, NRA was transiently increased. This effect was assigned to root injuries causing nitrate transport to the shoot and subsequent induction of NRA. Neither trees on fertilized soil nor trees transferred to NPK-poor nutrient solution had increased NRA unless NO2 was provided. The NO2 gradient in the vicinity of a highway was used to test the long-term effect of elevated levels of NO2 on needle NRA of potted and field-grown spruce trees. Compared with less polluted sites, permanently increased NRAs were detected when NO2 concentrations were above 20 µg m−3. Controls of field measurements some 10 years after the introduction of catalytic converters in cars showed no significant change neither in NO2 levels nor in the decreasing NRA of spruce needles with the distance from the highway.

Effects of air pollution on asthma hospitalization rates in different age groups in metropolitan cities of Korea

Many studies have shown relationships between air pollution and the rate of hospital admissions for asthma. A few studies have controlled for age-specific effects by adding separate smoothing functions for each age group. However, it has not yet been reported whether air pollution effects are significantly different for different age groups. This lack of information is the motivation for this study, which tests the hypothesis that air pollution effects on asthmatic hospital admissions are significantly different by age groups. Each air pollutant's effect on asthmatic hospital admissions by age groups was estimated separately. In this study, daily time-series data for hospital admission rates from seven cities in Korea from June 1999 through 2003 were analyzed. The outcome variable, daily hospital admission rates for asthma, was related to five air pollutants which were used as the independent variables, namely particulate matter <10 micrometers (μm) in aerodynamic diameter (PM10), carbon monoxide (CO), ozone (O3), nitrogen dioxide (NO2), and sulfur dioxide (SO2). Meteorological variables were considered as confounders. Admission data were divided into three age groups: children (<15 years of age), adults (ages 15-64), and elderly (≥ 65 years of age). The adult age group was considered to be the reference group for each city. In order to estimate age-specific air pollution effects, the analysis was separated into two stages. In the first stage, Generalized Additive Models (GAMs) with cubic spline for smoothing were applied to estimate the age-city-specific air pollution effects on asthmatic hospital admission rates by city and age group. In the second stage, the Bayesian Hierarchical Model with non-informative prior which has large variance was used to combine city-specific effects by age groups. The hypothesis test showed that the effects of PM10, CO and NO2 were significantly different by age groups. Assuming that the air pollution effect for adults is zero as a reference, age-specific air pollution effects were: -0.00154 (95% confidence interval(CI)= (-0.0030,-0.0001)) for children and 0.00126 (95% CI = (0.0006, 0.0019)) for the elderly for PM 10; -0.0195 (95% CI = (-0.0386,-0.0004)) for children for CO; and 0.00494 (95% CI = (0.0028, 0.0071)) for the elderly for NO2. Relative rates (RRs) were 1.008 (95% CI = (1.000-1.017)) in adults and 1.021 (95% CI = (1.012-1.030)) in the elderly for every 10 μg/m3 increase of PM10 , 1.019 (95% CI = (1.005-1.033)) in adults and 1.022 (95% CI = (1.012-1.033)) in the elderly for every 0.1 part per million (ppm) increase of CO; 1.006 (95%CI = (1.002-1.009)) and 1.019 (95%CI = (1.007-1.032)) in the elderly for every 1 part per billion (ppb) increase of NO2 and SO2, respectively. Asthma hospital admissions were significantly increased for PM10 and CO in adults, and for PM10, CO, NO2 and SO2 in the elderly.^

Nitrógeno prontamente asimilable : efecto sobre la velocidad de fermentación del jugo de uva (Vitis vinifera L.)

El propósito de este trabajo fue evaluar la incidencia de la concentración de nitrógeno prontamente asimilable (NPA) sobre la velocidad y duración de la fermentación alcohólica de los mostos de uva. El experimento se diseñó con tres tratamientos (A=testigo; B=agregado de PO4H(NH4)2 50 mg/L; C=agregado de PO4H(NH4)2 100 mg/L) y cuatro repeticiones. Se realizaron microvinificaciones con jugo de uva pasteurizado var. Chardonnay, inoculado con Saccharomyces cerevisiae cepa FCA 32. La fermentación se condujo a 25 °C. La concentración de NPA fue medida por titulación en medio formol. La velocidad de fermentación fue determinada por pérdida de peso. La velocidad máxima de fermentación se alcanzó al tercer día. Existen diferencias significativas entre la velocidad máxima alcanzada por el testigo y por los tratamientos B y C pero no hay diferencias significativas entre las velocidades máximas alcanzadas por los tratamientos B y C. La velocidad máxima de fermentación alcanzada por el tratamiento B (agregado de 50 mg/L de PO4H(NH4)2) fue 57 % superior respecto del testigo, mientras que el tratamiento C (agregado de 100 mg/L de PO4H(NH4)2) fue 53 % superior respecto del mismo testigo La velocidad máxima de fermentación aumentó con la adición de nitrógeno, pero no se observan diferencias entre las distintas dosis empleadas. La duración media de la fermentación resulta significativamente diferente para los tres tratamientos: 9.25 días para el testigo, 7.5 días para el tratamiento B y 6.25 días para el tratamiento C. El agregado de PO4H(NH4)2 disminuye la duración de la fermentación en las condiciones de trabajo. La duración de la fermentación del tratamiento B (agregado de 50 mg/L de PO4H(NH4)2) fue del 81 % respecto del testigo 100 %, mientras que el tratamiento C (agregado de 100 mg/L de PO4H(NH4)2) fue del 67 %, respecto del mismo testigo.

Age determination of ODP Hole 145-887

Atmospheric carbon dioxide concentrations were significantly lower during glacial periods than during intervening interglacial periods, but the mechanisms responsible for this difference remain uncertain. Many recent explanations call on greater carbon storage in a poorly ventilated deep ocean during glacial periods (Trancois et al., 1997, doi:10.1038/40073; Toggweiler, 1999, doi:10.1029/1999PA900033; Stephens and Keeling, 2000, doi:10.1038/35004556; Marchitto et al., 2007, doi:10.1126/science.1138679; Sigman and Boyle, 2000, doi:10.1038/35038000), but direct evidence regarding the ventilation and respired carbon content of the glacial deep ocean is sparse and often equivocal (Broecker et al., 2004, doi:10.1126/science.1102293). Here we present sedimentary geochemical records from sites spanning the deep subarctic Pacific that -together with previously published results (Keigwin, 1998, doi:10.1029/98PA00874)- show that a poorly ventilated water mass containing a high concentration of respired carbon dioxide occupied the North Pacific abyss during the Last Glacial Maximum. Despite an inferred increase in deep Southern Ocean ventilation during the first step of the deglaciation (18,000-15,000 years ago) (Marchitto et al., 2007, doi:10.1126/science.1138679; Monnin et al., 2001, doi:10.1126/science.291.5501.112), we find no evidence for improved ventilation in the abyssal subarctic Pacific until a rapid transition ~14,600 years ago: this change was accompanied by an acceleration of export production from the surface waters above but only a small increase in atmospheric carbon dioxide concentration (Monnin et al., 2001, doi:10.1126/science.291.5501.112). We speculate that these changes were mechanistically linked to a roughly coeval increase in deep water formation in the North Atlantic (Robinson et al., 2005, doi:10.1126/science.1114832; Skinner nd Shackleton, 2004, doi:10.1029/2003PA000983; McManus et al., 2004, doi:10.1038/nature02494), which flushed respired carbon dioxide from northern abyssal waters, but also increased the supply of nutrients to the upper ocean, leading to greater carbon dioxide sequestration at mid-depths and stalling the rise of atmospheric carbon dioxide concentrations. Our findings are qualitatively consistent with hypotheses invoking a deglacial flushing of respired carbon dioxide from an isolated, deep ocean reservoir periods (Trancois et al., 1997, doi:10.1038/40073; Toggweiler, 1999, doi:10.1029/1999PA900033; Stephens and Keeling, 2000, doi:10.1038/35004556; Marchitto et al., 2007, doi:10.1126/science.1138679; Sigman and Boyle, 2000, doi:10.1038/35038000; Boyle, 1988, doi:10.1038/331055a0), but suggest that the reservoir may have been released in stages, as vigorous deep water ventilation switched between North Atlantic and Southern Ocean source regions.

Early Oligocene continental climate ofthe Paleogene Basin in Hungary and Slovenia

This paper concentrates on the Early Oligocene palaeoclimate of the southern part of Eastern and Central Europe and gives a detailed climatological analysis, combined with leaf-morphological studies and modelling of the palaeoatmospheric CO2 level using stomatal and d13 C data. Climate data are calculated using the Coexistence Approach for Kiscellian floras of the Palaeogene Basin (Hungary and Slovenia) and coeval assemblages from Central and Southeastern Europe. Potential microclimatic or habitat variations are considered using morphometric analysis of fossil leaves from Hungarian, Slovenian and Italian floras. Reconstruction of CO2 is performed by applying a recently introduced mechanistic model. Results of climate analysis indicate distinct latitudinal and longitudinal climate patterns for various variables which agree well with reconstructed palaeogeography and vegetation. Calculated climate variables in general suggest a warm and frost-free climate with low seasonal variation of temperature. A difference in temperature parameters is recorded between localities from Central and Southeastern Europe, manifested mainly in the mean temperature of the coldest month. Results of morphometric analysis suggest microclimatic or habitat difference among studied floras. Extending the scarce information available on atmospheric CO2 levels during the Oligocene, we provide data for a well-defined time-interval. Reconstructed atmospheric CO2 levels agree well with threshold values for Antarctic ice sheet growth suggested by recent modelling studies. The successful application of the mechanistic model for the reconstruction of atmospheric CO2 levels raises new possibitities for future climate inference from macro-flora studies.