SANTIAGO

Partikelneubildung (Nukleation) durch Schwefelsäure und Ammoniak ist eine wichtige globale Quelle für Nano-Partikel und Wolkenkondensationskeime (Dunne et al., 2016). Im Gemisch aus Schwefelsäure und Ammoniak führt ein Säure-Base-Stabilisierungsmechanismus im Vergleich zur reinen Schwefelsäure zu stabileren Clustern mit geringen Evaporationsraten (Kirkby et al., 2011; Kürten et al., 2016). Die langsameren Verdampfungsraten führen zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit, dass sich durch Wachstum aus einem zunächst recht instabilen Cluster ein stabiles Teilchen (und eventuell sogar ein Wolkenkondensationskeim) bildet. Wenn man diesen Prozess, inklusive der ersten Anlagerungsprozesse (Molekül für Molekül), mit einem numerischen Modell berechnen möchte, benötigt man die genauen Evaporationsraten der einzelnen Cluster als Funktion der Temperatur.

Das numerische Modell SANTIAGO (Sulfuric acid Ammonia NucleaTIon And GrOwth model) wurde entwickelt um Nukleationsraten für das Schwefelsäure-Ammoniak-System zu berechnen. Die darin enthaltenen Verdampfungsraten wurden aus mehr als 100 Nukleationsexperimenten an der CLOUD-Kammer abgeleitet. Die Bedingungen dieser Experimente umfassen Temperaturen zwischen 208 und 292 K sowie atmosphärisch relevante Schwefelsäure- und Ammoniak-Konzentrationen (Kürten, 2019). Mit Hilfe des Modells können Partikel-Konzentrationen und Nukleationsraten über einen weiten Größenbereich berechnet werden (beginnend bei einem einzelnen Molekül Schwefelsäure bis hin zu Partikeln mit mehreren hundert Nanometern Durchmesser). SANTIAGO berücksichtigt des Weiteren den Effekt, dass Moleküle/Cluster/Partikel an größeren Teilchen verloren gehen können (Kondensation- und Koagulationssenke); außerdem können auch die Partikel-Wachstumsraten als Funktion des Teilchendurchmessers berechnet werden. Die Eingangsparameter des Modells beinhalten die Schwefelsäure-Konzentration, Ammoniak-Konzentration, Temperatur und relative Luftfeuchte.