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Kurznachrichten Juli 2014

Neues zum "Waschmittel der Atmosphäre"

Die Selbstreinigungskräfte der Atmosphäre funktionieren auch dann höchst effizient, wenn die Luft mit Schadstoffen stark belastet ist. Das berichten Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Peking University jetzt in "Nature Geoscience". Welche chemischen Prozesse dahinter stecken, sollen weitere Studien zeigen.

Entscheidend für die Waschkraft der Atmosphäre sind bestimmte Moleküle, die sogenannten OH-Radikale. Dieses "Waschmittel" baut Schadstoffe wie etwa Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid ab. Bisher gingen die Forscher davon aus, dass für diese Selbstreinigung der Atmosphäre zwei Kreisläufe wesentlich sind: In einem ersten Kreislauf werden Schadstoffe abgebaut und die OH-Radikale recycelt. Dafür werden auch Stickoxide benötigt, die in einem zweiten Kreislauf recycelt werden. Dabei entsteht jedoch Ozon, ein Schadstoff.

Dass dies offenbar nicht der einzige Weg ist, auf dem die Konzentration von OH-Radikalen hochgehalten werden kann, zeigten schon die Ergebnisse einer Messkampagne in China, die von derselben Autorengruppe im Jahr 2009 im renommierten Wissenschaftsmagazin "Science" veröffentlicht wurde. In der neuen Studie führen sie nun erstmals die Ergebnisse weiterer weltweiter OH-Messungen verschiedener Forschergruppen zusammen und vergleichen sie. Dabei ergibt sich für fast alle Messorte, dass die Waschkraft der Atmosphäre auch dann sehr hoch ist, wenn viele Kohlenwasserstoffe vorhanden sind, die OH-Radikale in dem Recycling-Prozess verbrauchen – gleichzeitig die Luft aber wenig Stickoxide enthält, die die Bildung von OH-Radikalen ankurbeln könnten.

Besonders auffällig waren diese Zusammenhänge in der Atmosphäre über den Urwäldern am Amazonas oder in Borneo. In diesen Regionen ist die Konzentration von Stickoxiden in der Atmosphäre niedrig. Die Bäume geben jedoch große Mengen des Kohlenwasserstoffs Isopren in die Atmosphäre ab. Dieser reagiert sehr schnell mit den vorhandenen OH-Radikalen. Und trotz der niedrigen Konzentration von Stickoxiden ist die der OH-Radikalen hoch, etwa zehn Mal so hoch wie erwartet. Die Ozon-Konzentration hingegen ist niedrig.

"Es muss also noch andere Prozesse geben, die bei niedriger Konzentration von Stickoxiden die OH-Radikale recyceln können, ohne dass dabei Ozon entsteht. Das zeigen auch unsere neuen Ergebnisse", fasst Erstautor Dr. Franz Rohrer vom Institut für Energie- und Klimaforschung zusammen. Eine weitere, bereits im vergangenen Jahr in "Nature Geoscience" veröffentlichte Studie dient dazu, diesen Mechanismus Schritt für Schritt zu entschlüsseln. Die Studie entstand mithilfe der Jülicher Atmosphärensimulationskammer SAPHIR.

Originalveröffentlichung:

Franz Rohrer, Keding Lu, Andreas Hofzumahaus, Birger Bohn, Theo Brauers, Chih-Chung Chang, Hendrik Fuchs, Rolf Häseler, Frank Holland, Min Hu, Kazuyuki Kita, Yutaka Kondo, Xin Li, Shengrong Lou, Andreas Oebel, Min Shao, Limin Zeng, Tong Zhu, Yuanhang Zhang und Andreas Wahner: Maximum efficiency in the hydroxyl-radical-based self-cleansing of the troposphere.
Nature Geoscience (2014), doi: 10.1038/ngeo2199
http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2199.html

Ansprechpartner:

Dr. Franz Rohrer, Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Troposphäre (IEK-8)
Tel.: +49 2461 61-6511
E-Mail: f.rohrer@fz-juelich.de

Studie in Science (Science 324 no. 5935 pp. 1702-1704, (2009) DOI: 10.1126/science.1164566):
http://www.sciencemag.org/content/324/5935/1702.full

Studie in Nature Geoscience (Nature Geoscience 6, 1023–1026, (2013) doi:10.1038/ngeo1964):
http://www.nature.com/ngeo/journal/v6/n12/full/ngeo1964.html

Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Troposphäre (IEK-8)

Informationen zu SAPHIR

Turbulenzen: Computersimulationen zeigen Ordnung im Chaos

Das Rätsel Turbulenz ist nach wie vor ungelöst. Doch ein internationales Wissenschaftlerteam hat mithilfe von Simulationen auf dem Jülicher Superrechner JUQUEEN eine Gesetzmäßigkeit gefunden, mit der sich möglicherweise eine allgemeine Ordnung in den scheinbar chaotischen turbulenten Strömungen nachweisen lässt. Turbulenzen gelten als eines der hartnäckigsten Probleme der klassischen Physik. Dabei ist das Phänomen im Alltag allgegenwärtig: Tornados, Wasserwirbel, Düsentriebwerke oder einfach nur das Auflösen von Milch im Kaffee sind dafür bekannte Beispiele.

Turbulenzen setzen sich aus Wirbeln zusammen. Im Laufe der Zeit – so viel ist bekannt – zerfallen sie in immer kleinere Wirbel, bis die Bewegungsenergie am Ende einer Abwärtskaskade durch Reibung in Wärme umgewandelt wird. Statt auf die Wirbel selbst zu schauen, konzentrierte sich das Team um Prof. Jörg Schumacher von der Technischen Universität Ilmenau auf sehr feine Scherschichten zwischen den Wirbeln. Im direkten Vergleich dreier turbulenter Strömungen stellten sie stets die gleichen statistischen Gesetze für die Fluktuationen eben dieser feinen Scherschichten fest.

Der Ansatz zeigt einen neuen Weg auf, die mehr als 70 Jahre alte Kolmogorov-Hypothese zu bestätigen. Demnach folgt das scheinbar zufällige Auftreten der größeren und kleineren Wirbel immer den gleichen statistischen Gesetzen, wenn man nur hinreichend viele von ihnen im unteren Bereich einer ausgedehnten Wirbelkaskade betrachtet. Seither haben Heerscharen von Strömungsforschern versucht, immer stärkere Turbulenzen zu studieren. Doch die Leistung heutiger Superrechner reicht nicht aus, um einen derart weit ausgedehnten Kaskadenbereich zu berechnen, wie er für die Bestätigung der Hypothese notwendig wäre.

Die in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlichten Ergebnisse zeigen dagegen, dass sich dieses wesentliche Merkmal von Turbulenzen bereits heute entschlüsseln lässt, wenn man auf die richtigen physikalischen Größen – die Scherschichten – schaut. In einem Großprojekt des nationalen Gauss Centre for Supercomputing (GCS) ließen die Wissenschaftler ihr massiv paralleles Turbulenzsimulationsprogramm auf mehr als 65.000 Prozessoren des Superrechners JUQUEEN laufen. Ein einzelner PC mit einem Prozessorkern hätte für die gleiche Rechnung seit der Jungsteinzeit, das heißt seit rund 6.000 Jahren, ununterbrochen arbeiten müssen.

Originalveröffentlichung:

Jörg Schumacher, Janet D. Scheel, Dmitry Krasnov, Diego A. Donzis, Victor Yakhot, Katepalli R. Sreenivasan
Small-scale universality in fluid turbulence.
PNAS 2014; published ahead of print July 14, 2014, doi:10.1073/pnas.1410791111
Abstract: http://www.pnas.org/content/early/2014/07/10/1410791111.abstract

Pressemitteilung der TU Ilmenau vom 15. Juli 2014: "Vom Wasserstrahl bis zum Tornado: Internationales Forscherteam unter Leitung der TU Ilmenau zeigt neuen Weg zur Lösung des Turbulenzproblems"

Jülich Supercomputing Centre (JSC)

Großgerät für hochempfindliche Proteinanalyse

Am Biomolekularen NMR-Zentrum des Institute of Complex Systems in Jülich und des Instituts für Physikalische Biologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf ist ein neuartiges DNP-NMR-Spektrometer in Betrieb gegangen. Finanziert mit 2,6 Millionen Euro durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), ermöglicht es die noch genauere Untersuchung der Strukturen winziger Biomoleküle. Die neue Technik steht in Deutschland erst an einigen wenigen Standorten zur Verfügung. Durch Kombination der NMR mit "Dynamic Nuclear Polarization" oder kurz DNP, kann das neue Gerät die Messempfindlichkeit um bis zu zwei Größenordnungen steigern.

Das Spektrometer wird dafür mit einem Mikrowellengenerator verbunden. "Mit starker Mikrowellenstrahlung regen wir ungepaarte Elektronen von stabilen Radikalen an, die der Probe vorher zugesetzt werden. Ihre Polarisation übertragen die Elektronen auf die Atomkerne, wodurch sich das von diesen abgegebene Signal verstärkt", erklärt Prof. Henrike Heise, die am Institute of Complex Systems im Bereich Strukturbiochemie und am Düsseldorfer Institut arbeitet. In ersten Testläufen erreichten die Forscher so bereits eine bis zu 96-fache Intensitätssteigerung des Signals. Dadurch rücken Strukturuntersuchungen an Proteinen und Proteinkomplexen in den Bereich des Möglichen, die für Analysen bisher nicht oder nur eingeschränkt zugänglich waren. Auch Prof. Dieter Willbold, Direktor der Institute in Jülich und Düsseldorf, freut sich über das neue Gerät: "Die DNP-verstärkte NMR entwickelt sich zu einem immer wichtiger werdenden Instrument der Strukturbiologie. Das neue Spektrometer ist zum Beispiel auch für unsere Alzheimer-Projekte eine sehr wertvolle Verstärkung."

Die erste Messung fand an einer Fibrille des Proteins Amylin statt, das mit Diabetes Typ 2 in Verbindung steht. Anfragen für Messzeiten gibt es schon von Forschungsgruppen verschiedener anderer Universitäten, so Henrike Heise.

Institute of Complex Systems, Bereich Strukturbiochemie (ICS-6)

Institut für Physikalische Biologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Forschungszentrum stellt ersten Nachhaltigkeitsbericht vor

Wie wird im Forschungszentrum Jülich gearbeitet, wie werden Werte gelebt? Woher kommt in den nächsten Jahrzehnten die Energie, die das Zentrum braucht? Und was passiert mit seinen Reststoffen? – Der erste Jülicher Nachhaltigkeitsbericht ist Anfang Juli erschienen und zeigt unter dem Titel „Vernetzen, Forschen, Weiterdenken“ auf, wie sich Jülich zukunftsfähig entwickeln kann. Die 134-Seiten-Broschüre steht in deutscher und englischer Sprache zur Verfügung.

Der Bericht behandelt die Arbeitsbedingungen allgemein, die Art und Weise des Forschens und die Infrastruktur auf dem Campus. Er ist unterteilt nach Strategie und nach ökonomischer, ökologischer sowie sozialer Verantwortung. Die Leistungen des Forschungszentrums auf diesen Gebieten werden auf den Prüfstand gestellt: „Wir wollen mit diesem Bericht einen Grundstein dafür legen, dass die Aktivitäten im Bereich Nachhaltigkeit regelmäßig verglichen und überprüft werden können“, erklärt Dr. Peter Burauel, Leiter der Jülicher Stabsstelle Zukunftscampus.

Der Jülicher Nachhaltigkeitsbericht – der erste innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft – ist nach den offiziellen Richtlinien der Global Reporting Initiative (GRI) zertifiziert. Die GRI hat einen umfassenden Rahmen für Nachhaltigkeitsberichterstattung erarbeitet, der weltweit Anwendung findet. Dargelegt sind Prinzipien und Indikatoren, die Organisationen nutzen können, um ihre ökonomische, ökologische und soziale Leistung zu messen. Im Jülicher Nachhaltigkeitsbericht wurde daneben auf Merkmale wie Transparenz nach innen und außen oder die Wertschätzung bereits geleisteter Arbeit in Bezug auf eine nachhaltige Entwicklung besonderer Wert gelegt. Geplant ist, den Bericht im Zweijahresrhythmus zu aktualisieren.

Nachhaltigkeitsbericht 2012 /2013

Nachhaltigkeitsbericht als ePaper (ISSUU)

Doppelte Auszeichnung für Prof. Karl Zilles

Seit Jahrzehnten erforscht Prof. Karl Zilles am Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM) die Struktur und Funktion des menschlichen Gehirns. Auf dem 20. Jahreskongress der Organization for Human Brain Mapping (OHBM) in Hamburg wurde der Wissenschaftler für sein Lebenswerk mit dem „OHBM-Glass Brain Award“ geehrt. Außerdem wählte ihn die internationale Fachgesellschaft für die nächsten drei Jahre zu ihrem Präsidenten.

Zilles kartiert unter anderem die Hirnrinde und erstellt auf Basis dieser Daten einen dreidimensionalen Hirnatlas. Außerdem entwickelt der Neurowissenschaftler innovative Methoden, mit denen die Faserbahnen im menschlichen Gehirn in bisher nie dagewesener Auflösung visualisiert werden können. Viele Jahre erfolgreicher Zusammenarbeit verbinden den Preisträger mit Prof. Katrin Amunts, Direktorin am Institut für Neurowissenschaften und Medizin und des C. & O. Vogt-Instituts für Hirnforschung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Mit ihr und Dr. Markus Axer vom Forschungszentrum Jülich arbeitet Zilles zudem intensiv an einer neuen Methode zur Visualisierung und Analyse der Faserbahnen im menschlichen Gehirn, die an räumlicher Präzision alle bisher verfügbaren Methoden übertrifft.

Die OHBM fördert das übergreifende Verständnis der anatomischen und funktionellen Organisation des Gehirns des Menschen, indem sie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedlicher Disziplinen von der Medizin über die Physik und Neurobiologie bis hin zur Psychologie unter anderem in Konferenzen und Workshops zusammenführt. Die Fachgesellschaft hat Mitglieder in über 40 Ländern.

Karl Zilles war Gründungsdirektor des Instituts für Medizin des Forschungszentrums Jülich, Direktor des C. & O. Vogt-Instituts für Hirnforschung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und einer der Mitbegründer der Jülich Aachen Research Alliance (JARA). Er ist seit 2013 als JARA-Senior Professor in JARA-BRAIN an der Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik des Universitätsklinikums der RWTH Aachen tätig.

Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Bereich Strukturelle und funktionelle Organisation des Gehirns (INM-1)

JARA-BRAIN

C. & O. Vogt-Institut für Hirnforschung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Mediathek

Seit 1. Juli ist Prof. Wolfgang Marquardt der neue Vorstandsvorsitzende des Forschungszentrums Jülich. Er trat die Nachfolge von Prof. Achim Bachem an, der acht Jahre das Forschungszentrum leitete und in den Ruhestand ging. Im Rahmen der Amtsübergabe verabschiedeten sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Forschungszentrums mit einem Video von Prof. Bachem – und begrüßten Prof. Marquardt. Beide Videos und die Bildergalerie zur feierlichen Amtsübergabe sind nun in der Mediathek des Forschungszentrums zu finden.

Bildergalerie zur Amtsübergabe
Videos

Aktuelle Termine

Auf Seite http://www.fz-juelich.de/termine finden Sie aktuelle Konferenzen und Veranstaltungen im und mit dem Forschungs-zentrum Jülich, unter anderem:

Erste internationale TERENO-Konferenz in Bonn

29. September – 2. Oktober, Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Klima- und Landnutzungswandel sind Schlüsselfaktoren für die Veränderungen terrestrischer Systeme, mit denen sich die Gesellschaft in den nächsten Jahrzehnten auseinandersetzen muss. Im Projekt TERENO arbeiten mehrere Einrichtungen der Helmholtz-Gemeinschaft zusammen, um die Auswirkungen des globalen Wandels auf terrestrische Ökosysteme und die sozioökonomischen Folgen zu untersuchen. Zum Austausch über neue Forschungsansätze und aktuelle Entwicklungen veranstaltet TERENO 2014 erstmals die internationale Konferenz "From observation to prediction in terrestrial systems".

Mehr Informationen zur Konferenz


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