Atmosphärisches Aerosol kann den Strahlungstransport signifikant beeinflussen. Mineralstaub, der über der Sahara und anderen Wüsten in die Atmosphäre gelangt, ist das hinsichtlich der in letzterer dauerhaft verbleibenden Masse bedeutendste Aerosol. Darüber hinaus sind Saharamineralstaubpartikel nichtkugelförmig, und die Wirkungen dieser Partikeleigenschaft auf den Strahlungstransport in der Erdatmosphäre sind bislang nur ungenügend untersucht worden. Es werden die optischen Eigenschaften, Strahlungs- und Erwärmungseffekte von Saharamineralstaub unter Berücksichtigung der Nichtkugelförmigkeit seiner Partikel quantitativ untersucht, wobei der gesamte, im Hinblick auf den Strahlungshaushalt energetisch relevante Spektralbereich zugrunde gelegt wird. Zunächst werden auf Basis in-situ-gemessener Experimentaldaten die atmosphärischen Umgebungsbedingungen, Größenverteilungen, Brechungsindizes, Bodenalbedo und Partikelgestalt festgelegt, die in einem zweiten Schritt in ein Strahlungstransportmodell einfließen. Mit dessen Hilfe wird in umfangreichen numerischen Simulationen des Strahlungstransports in einer realistischen mineralstaubhaltigen Modellatmosphäre im Vergleich zu Messdaten beispielsweise geklärt, welche Partikelform und Größenäquivalenz angenommener sphäroidaler Modellpartikel am meisten realistisch sind. Des Weiteren werden im Zusammenhang mit der Partikelnichtkugelförmigkeit Sensitivitätsstudien zur Beantwortung der Fragen durchgeführt, inwieweit diese das Strahlungsfeld beeinflusst und zu veränderten Strahlungserwärmungswirkungen führt.

Ice formation largely influences the properties of clouds and hence it has an important impact on weather and climate. Primary ice formation is a consequence of either homogeneous or heterogeneous ice nucleation. The latter process is catalyzed by a foreign substance called Ice Nucleating Particle (INP). Mineral dust particles were found to contribute to atmospheric INPs. Most types of mineral dust are ice active below -20 °C. In contrast, atmospheric observations indicate that immersion freezing as one of the most important heterogeneous ice nucleation processes can occur at temperatures higher than -15 °C. One possible explanation for cloud glaciation at high temperatures might be the presence of biological material (e.g. bacteria) inducing ice nucleation. Our fundamental process and even qualitative understanding concerning atmospheric heterogeneous ice nucleation is limited. In the framework of the present thesis, experimental and theoretical work was carried out to improve the basic understanding of the immersion freezing behavior of mineral dust and bacterial INPs. On the basis of model simulations immersion freezing experiments were designed at the Leipzig Aerosol Cloud Interaction Simulator (LACIS). The immersion freezing behavior of mineral dust and bacterial INPs was studied in dependence of temperature and particle surface area/number at LACIS. As a results of the present thesis, it was found that the immersion freezing behavior of kaolinite being a proxy of mineral dust INPs does not depend on the droplet volume, but on the particle surface area. The kaolinite particles investigated caused freezing below -30 °C. In contrast, Ice Nucleation Active (INA) protein complexes that are attributed to bacterial INPs were found to induce freezing at -7 °C. Furthermore, it was shown that the ice nucleation activity of protein complexes is very similar regardless of whether the INA protein complex is attached to the outer cell membrane of intact bacteria or to cell membrane fragments. The immersion freezing ability depends on the number and type of INA protein complexes present in the droplet ensemble. The immersion freezing ability of mineral dust and bacterial INPs was parameterized accounting for the time effect. With this, results from literature could be reproduced for both INP types. These parameterizations can be used in e.g. cloud resolving atmospheric models.

Der Eintrag von Mineralstaub in den Ozean geschieht entweder durch trockene oder durch nasse Deposition. Dies ist ein wichtiger Prozess um ozeanische Organismen wie Phytoplankton mit Nährstoffen (z.B. Nitrat, Phosphat oder Eisen) zu versorgen. Viele Modelle befassen sich mit der Simulation von Depositionsflüssen von Mineralstaub in den Ozean. Messungen von Massendepositionsflüssen von Mineralstaub sind hingegen selten. Daher ist es von großer Notwendigkeit, diese Messungen durchzuführen um die vielen Modelle zu validieren und den Mineralstaubzyklus besser zu verstehen. Innerhalb des SOPRAN Projektes (Surface Ocean PRocesses in the ANthropocene) wird der Materialtransport zwischen der Atmosphäre und dem Ozean untersucht. Die Messungen dafür wurden auf den Kapverdischen Inseln durchgeführt, über welchen der Saharastaub durch die Passatwindzirkulation vorwiegend transportiert wird. Im Rahmen dieser Arbeit werden in-situ Messungen von trockener Deposition von Mineralstaub in den Ozean präsentiert. Verschiedene Methoden wurden auf ihre Anwendbarkeit getestet und deren Ergebnisse miteinander verglichen. Alle Messergebnisse liegen im Bereich der Messunsicherheiten, wodurch ein Satz qualitätsgesicherter Daten aufgebaut werden konnte. Diese Daten wurden mit den Ergebnissen eines regionalen Chemie-Transport Modells verglichen. Modellierte Massendepositionsflüsse von Mineralstaub waren manchmal doppelt so hoch wie gemessene. Die größte Unsicherheit der Modelle liegt in der Emission des Mineralstaubs, die im Transport und der Deposition fortgesetzt wird. Weitere Unterschiede entstehen durch den Vergleich von Punktmessungen mit einer Gitterzelle, wenn der Staub nicht gleichmäßig über die Gitterzelle verteilt ist. Zusammenfassend wurden Massendepositionsmessungen von Mineralstaub erfolgreich mit verschiedenen Methoden durchgeführt. Mit den Erfahrungen aus dieser Studie ist es nun möglich, Langzeitmessungen von Mineralstaubdeposition in den Ozean erstellen. Diese Daten können von Atmosphärenmodellierern für ihre Modellvalidierung genutzt werden. Anwender von Ozeanmodellen und SOPRAN Partner werden diese Ergebnisse nutzen um z.B. die ozeanische Reaktion auf den Mineralstaubeintrag zu untersuchen. / The input of mineral dust to the oceans, via dry or wet deposition, is an important process, because the entrainment of nutrients (e.g., Nitrate, Phosphor and Iron) is essential for oceanic life such as phytoplankton. A lot of effort has been done to model the dust deposition fluxes to the ocean. However, field measurements concerning the deposition flux are sparse. Therefore, those measurements are needed in order to verify the huge amount of model outputs and to better understand the mineral dust cycle. Within the project SOPRAN (Surface Ocean PRocesses in the ANthropocene), the influence of material exchange between the atmosphere and the ocean is investigated. Measurements were carried out at the Cape Verde Islands in the direct outflow of the Saharan Desert. This study presents the first in-situ measurements of the dry mass deposition flux of mineral dust to the ocean. The applicability of different methods was tested and the results were compared to each other. The results of the measured data were comparable and a set of quality assured data could be built up. Those results were compared to the output of a regional chemistry- transport model. The modeled mass deposition flux was sometimes double as high as the measured one. The main uncertainty of the models is the emission of mineral dust at the source region, proceeding in the transport and emission of mineral dust. Furthermore, comparing single point measurements with outputs of a grid cell leads to differences in deposition fluxes by an inhomogeneous distribution of the mineral dust layer. Summarizing, the measurements of the mass deposition flux of mineral dust could be performed successfully with several methods. With the expertise of this study, long-term observations of the mineral dust deposition to the ocean can now be established. These data can be used by atmosphere modelers to validate their models. Ocean modelers and partners of the SOPRAN project will use these data to investigate e.g., the biological response of the ocean to mineral dust entrainment.

Ice formation largely influences the properties of clouds and hence it has an important impact on weather and climate. Primary ice formation is a consequence of either homogeneous or heterogeneous ice nucleation. The latter process is catalyzed by a foreign substance called Ice Nucleating Particle (INP). Mineral dust particles were found to contribute to atmospheric INPs. Most types of mineral dust are ice active below -20 °C. In contrast, atmospheric observations indicate that immersion freezing as one of the most important heterogeneous ice nucleation processes can occur at temperatures higher than -15 °C. One possible explanation for cloud glaciation at high temperatures might be the presence of biological material (e.g. bacteria) inducing ice nucleation. Our fundamental process and even qualitative understanding concerning atmospheric heterogeneous ice nucleation is limited. In the framework of the present thesis, experimental and theoretical work was carried out to improve the basic understanding of the immersion freezing behavior of mineral dust and bacterial INPs. On the basis of model simulations immersion freezing experiments were designed at the Leipzig Aerosol Cloud Interaction Simulator (LACIS). The immersion freezing behavior of mineral dust and bacterial INPs was studied in dependence of temperature and particle surface area/number at LACIS. As a results of the present thesis, it was found that the immersion freezing behavior of kaolinite being a proxy of mineral dust INPs does not depend on the droplet volume, but on the particle surface area. The kaolinite particles investigated caused freezing below -30 °C. In contrast, Ice Nucleation Active (INA) protein complexes that are attributed to bacterial INPs were found to induce freezing at -7 °C. Furthermore, it was shown that the ice nucleation activity of protein complexes is very similar regardless of whether the INA protein complex is attached to the outer cell membrane of intact bacteria or to cell membrane fragments. The immersion freezing ability depends on the number and type of INA protein complexes present in the droplet ensemble. The immersion freezing ability of mineral dust and bacterial INPs was parameterized accounting for the time effect. With this, results from literature could be reproduced for both INP types. These parameterizations can be used in e.g. cloud resolving atmospheric models.

Atmosphärisches Aerosol kann den Strahlungstransport signifikant beeinflussen. Mineralstaub, der über der Sahara und anderen Wüsten in die Atmosphäre gelangt, ist das hinsichtlich der in letzterer dauerhaft verbleibenden Masse bedeutendste Aerosol. Darüber hinaus sind Saharamineralstaubpartikel nichtkugelförmig, und die Wirkungen dieser Partikeleigenschaft auf den Strahlungstransport in der Erdatmosphäre sind bislang nur ungenügend untersucht worden. Es werden die optischen Eigenschaften, Strahlungs- und Erwärmungseffekte von Saharamineralstaub unter Berücksichtigung der Nichtkugelförmigkeit seiner Partikel quantitativ untersucht, wobei der gesamte, im Hinblick auf den Strahlungshaushalt energetisch relevante Spektralbereich zugrunde gelegt wird. Zunächst werden auf Basis in-situ-gemessener Experimentaldaten die atmosphärischen Umgebungsbedingungen, Größenverteilungen, Brechungsindizes, Bodenalbedo und Partikelgestalt festgelegt, die in einem zweiten Schritt in ein Strahlungstransportmodell einfließen. Mit dessen Hilfe wird in umfangreichen numerischen Simulationen des Strahlungstransports in einer realistischen mineralstaubhaltigen Modellatmosphäre im Vergleich zu Messdaten beispielsweise geklärt, welche Partikelform und Größenäquivalenz angenommener sphäroidaler Modellpartikel am meisten realistisch sind. Des Weiteren werden im Zusammenhang mit der Partikelnichtkugelförmigkeit Sensitivitätsstudien zur Beantwortung der Fragen durchgeführt, inwieweit diese das Strahlungsfeld beeinflusst und zu veränderten Strahlungserwärmungswirkungen führt.

Der Eintrag von Mineralstaub in den Ozean geschieht entweder durch trockene oder durch nasse Deposition. Dies ist ein wichtiger Prozess um ozeanische Organismen wie Phytoplankton mit Nährstoffen (z.B. Nitrat, Phosphat oder Eisen) zu versorgen. Viele Modelle befassen sich mit der Simulation von Depositionsflüssen von Mineralstaub in den Ozean. Messungen von Massendepositionsflüssen von Mineralstaub sind hingegen selten. Daher ist es von großer Notwendigkeit, diese Messungen durchzuführen um die vielen Modelle zu validieren und den Mineralstaubzyklus besser zu verstehen. Innerhalb des SOPRAN Projektes (Surface Ocean PRocesses in the ANthropocene) wird der Materialtransport zwischen der Atmosphäre und dem Ozean untersucht. Die Messungen dafür wurden auf den Kapverdischen Inseln durchgeführt, über welchen der Saharastaub durch die Passatwindzirkulation vorwiegend transportiert wird. Im Rahmen dieser Arbeit werden in-situ Messungen von trockener Deposition von Mineralstaub in den Ozean präsentiert. Verschiedene Methoden wurden auf ihre Anwendbarkeit getestet und deren Ergebnisse miteinander verglichen. Alle Messergebnisse liegen im Bereich der Messunsicherheiten, wodurch ein Satz qualitätsgesicherter Daten aufgebaut werden konnte. Diese Daten wurden mit den Ergebnissen eines regionalen Chemie-Transport Modells verglichen. Modellierte Massendepositionsflüsse von Mineralstaub waren manchmal doppelt so hoch wie gemessene. Die größte Unsicherheit der Modelle liegt in der Emission des Mineralstaubs, die im Transport und der Deposition fortgesetzt wird. Weitere Unterschiede entstehen durch den Vergleich von Punktmessungen mit einer Gitterzelle, wenn der Staub nicht gleichmäßig über die Gitterzelle verteilt ist. Zusammenfassend wurden Massendepositionsmessungen von Mineralstaub erfolgreich mit verschiedenen Methoden durchgeführt. Mit den Erfahrungen aus dieser Studie ist es nun möglich, Langzeitmessungen von Mineralstaubdeposition in den Ozean erstellen. Diese Daten können von Atmosphärenmodellierern für ihre Modellvalidierung genutzt werden. Anwender von Ozeanmodellen und SOPRAN Partner werden diese Ergebnisse nutzen um z.B. die ozeanische Reaktion auf den Mineralstaubeintrag zu untersuchen. / The input of mineral dust to the oceans, via dry or wet deposition, is an important process, because the entrainment of nutrients (e.g., Nitrate, Phosphor and Iron) is essential for oceanic life such as phytoplankton. A lot of effort has been done to model the dust deposition fluxes to the ocean. However, field measurements concerning the deposition flux are sparse. Therefore, those measurements are needed in order to verify the huge amount of model outputs and to better understand the mineral dust cycle. Within the project SOPRAN (Surface Ocean PRocesses in the ANthropocene), the influence of material exchange between the atmosphere and the ocean is investigated. Measurements were carried out at the Cape Verde Islands in the direct outflow of the Saharan Desert. This study presents the first in-situ measurements of the dry mass deposition flux of mineral dust to the ocean. The applicability of different methods was tested and the results were compared to each other. The results of the measured data were comparable and a set of quality assured data could be built up. Those results were compared to the output of a regional chemistry- transport model. The modeled mass deposition flux was sometimes double as high as the measured one. The main uncertainty of the models is the emission of mineral dust at the source region, proceeding in the transport and emission of mineral dust. Furthermore, comparing single point measurements with outputs of a grid cell leads to differences in deposition fluxes by an inhomogeneous distribution of the mineral dust layer. Summarizing, the measurements of the mass deposition flux of mineral dust could be performed successfully with several methods. With the expertise of this study, long-term observations of the mineral dust deposition to the ocean can now be established. These data can be used by atmosphere modelers to validate their models. Ocean modelers and partners of the SOPRAN project will use these data to investigate e.g., the biological response of the ocean to mineral dust entrainment.

This thesis treats the optical properties of mixed mineral dust and biomass burning aerosol in the thermal infrared (TIR) based on Fourier Transform infrared spectrometer (FTIR) measurements and radiative transfer simulations. The measurements were part of the Saharan Mineral Dust Experiment 2 (SAMUM-2) conducted from January to February 2008 at Praia, Cape Verde. The large amount of different instruments co-located at the main field site during the campaign resulted in a unique dataset comprising in-situ information and remote sensing data perfectly suited for column closure studies. The ultimate goal of this work is to investigate the consistency of microphysical and TIR remote sensing data. This is achieved by reproducing the measured radiances at top and bottom of the atmosphere (TOA, BOA) with a radiative transfer model, which assimilates the microphysical aerosol information gathered during SAMUM-2. The first part of the thesis describes several experimental efforts, including a novel calibration method and a drift correction algorithm for the ground-based FTIR instrument operated within the scope of SAMUM-2 by the author. The second part introduces the concurrent radiative transfer library PIRATES, which has been developed in the framework of this thesis for the analysis of TIR aerosol optical properties. The third and final part of the treatise compares measured and simulated spectra for various typical scenarios encountered during SAMUM-2. It is demonstrated in three case studies, that measured radiances in the TIR atmospheric window region (8-12 µm) can be reproduced at BOA and TOA by radiative transfer simulations assuming spheroidal model particles. Moreover, spherical particles are shown to be an inadequate model for mineral dust aerosol in this spectral region unless the aerosol optical depth is small.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Zusammenhang zwischen heterogener Eisbildung und Temperatur auf Basis eines 11-Jahres Lidardatensatzes untersucht, wobei besonders der potenzielle Einfluss von Wüstenstaubaerosol auf die heterogene Gefriertemperatur von unterkühlten Wasserwolken überprüft wurde. Der zugrundeliegende Lidardatensatz entstand im Rahmen von zwischen 1997 und 2008 am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (IfT) in Leipzig durchgeführten Lidarmessungen. Mehr als 2300 zeitlich und räumlich defifinierte Wolkenschichten wurden anhand des gemessenen linearen Depolarisationsverhältnisses als Flüssigwasserwolken oder als eisbeinhaltende Wolken klassifiziert. Dazu war es nötig, den störenden Einfluss von spiegelnden Reflektionen horizontal ausgerichteter Eiskristalle auf das gemessene Depolarisationsverhältnis zu charakterisieren. Die für die Auswertung benötigten Wolkenoberkantentemperaturen wurden aus Modelldaten oder, falls zeitnah verfügbar, aus Radiosondenprofifilen ermittelt. Die statistische Auswertung des Wolkendatensatzes ergab, dass der Anteil an eisbeinhaltenden Wolken mit abnehmender Temperatur stark zunimmt. Wurde in Wolken mit Oberkantentemperaturen zwischen 0 und -5 °C in nur 1% aller Fälle Eis detektiert, enthielten zwischen -10 und -15 °C bereits 40% der in dem Temperaturbereich beobachteten Wolken Eis. Bei Wolkenoberkantentemperaturen unterhalb von -25 °C wurde in nahezu 100% aller Fälle Eis in den Wolken beobachtet. Ein ähnlicher Zusammenhang zwischen Temperatur und dem Anteil an eisbeinhaltenden Wolken wurde bereits in zahlreichen auf Flugzeugmessungen basierenden Studien gefunden. In einem weiteren Schritt wurde der Wolkendatensatz mittels drei verschiedener Ansätze in einen staubbelasteten sowie einen staubfreien Teil getrennt. Dies geschah Anhand einer Trajektorien-Clusteranalyse sowie der Trennung bezüglich der von einem Mineralstaubvorhersagemodell berechneten Mineralstaubbelastung in Wolkenhöhe beziehungsweise in der gesamten Luftsäule über Leipzig. Die Trennung ergab, dass staubbelastete Wolken im Temperaturbereich zwischen -5 und -25 °C 10-30% mehr Eis beinhalten als staubfreie Wolken. Die Ergebnisse dieser Untersuchung legen deshalb nahe, dass Mineralstaub Eisbildung in unterkühlten Wolken maßgeblich fördert. Der Vergleich des Leipziger Wolkendatensatzes mit einem auf den Kapverden gesammelten Datensatz tropischer Wolken zeigte, dass trotz vergleichbarem Einfluss von Mineralstaubaerosol Eisbildung in den Tropen erst bei um 10 K tieferen Temperaturen einsetzt. Als mögliche Einflussfaktoren wurden Unterschiede in der atmosphärischen Dynamik und die Wirkung effektiverer Eiskeime über Mitteleuropa diskutiert. / The formation and presence of ice crystals in clouds strongly determines meteorological processes as precipitation formation but also climatological parameters as the radiation budget of the atmosphere. The process of ice formation, however, is not straightforward because ice crystals and liquid water droplets can coexist at temperatures from -38 °C to 0 °C. In this temperature range, aerosol particles, so-called ice nuclei, must be present to trigger ice formation in a supercooled droplet. From laboratory studies it is known that mineral dust particles are efficient ice nuclei. We present a statistical analysis of lidar-based observations of 2300 free-tropospheric clouds that was used to investigate the effect of mineral dust particles on the ice-formation temperature. The observations were performed at Leipzig, Germany (51° N, 12 °E). The time and height as well as the phase state (ice, liquid-water) of the observed clouds can easily be derived from the lidar data. The dust load in every observed cloud layer was determined by means of model data. From the analysis it was found that dust-affected clouds produce ice 50% more frequently than dust-free clouds at temperatures between -20 and -10 °C. In a last step we compared the relationship between ice-containing clouds and temperature of the Leipzig dataset with a similar data set from Cape Verde (15 °N, 23.5 °W). Even though dust is omnipresent in the troposphere at this location, the study of more than 200 spatially well-defined altocumulus clouds did not show a significant number of ice clouds at temperatures above -15 °C. Possible explanations for the observed differences between the Leipzig and the Cape Verde data set are contrasts in atmospheric dynamics over Central Europe and western Africa or the presence of anthropogenic aerosol over Europe that may provide additional effective ice nuclei besides Saharan dust.

Eiskristalle fördern die Bildung von Niederschlag und beeinflussen die optischen Eigenschaften einer Wolke. Damit spielen sie eine maßgebliche Rolle für das Wetter und Klima unseres Planeten. In der Atmosphäre entstehen Eiskristalle entweder durch homogene oder durch heterogene Eisnukleation. Letzteres wird durch ein sogenanntes eisnukleierendes Partikel (INP) katalysiert. Bisher ist nur wenig über die speziellen Eigenschaften eines INP bekannt und die Vorhersagbarkeit über die Eisnukleationsfähigkeit verschiedener Materialien ist somit stark limitiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Immersionsgefrierverhalten von Birkenpollen, verschiedenen Mineralstäuben sowie Mischungen aus Mineralstaub und Birkenpollen Material untersucht. Ziel dieser Untersuchungen war, das Gefrierverhalten der verschiedenen Substanzen zu quantifizieren sowie deren Bedeutung für die Atmopshärische Eisnukleation besser zu verstehen. Das Gefrierverhalten eisaktiver Birkenpollen Makromoleküle konnte in dieser Arbeit erstmals unter atmosphärisch relevanten Bedingungen quantifiziert werden. Ein Vergleich zweier Birkenpollen Proben mit unterschiedlicher Herkunft demonstrierte die Abhängigkeit der Gefriereigenschaften der Birkenpollen von der geografischen Breite. Es wurden zwei unterschiedlich eisaktive Makromoleküle identifiziert, welche beide bei Temperaturen oberhalb −20°C aktiv sind. Das Gefrierverhalten unterschiedlicher Mineralstaubpartikel wurde hinsichtlich ihres K-Feldspat Anteils verglichen. Dabei zeigte sich, dass der K-Feldspat Anteil das Gefrierverhalten der Mineralstaubpartikel kontrolliert. Außerdem konnte gezeigt werden, dass eine Beschichtung mit Schwefelsäure die Eiskeimfähigkeit von K-Feldspat stark herabsetzt. In der Atmosphäre sind Partikel, welche sowohl aus mineralischen als auch aus biologischen Komponenten bestehen sehr wahrscheinlich. Um zu demonstrieren wie sich ein Mineralstaubpartikel verhält, wenn es mit biologischem Material gemischt wird, wurde in dieser Arbeit das Gefrierverhalten von Mischpartikeln bestehend aus Illit-NX und Birkenpollen Material untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die eisaktiven Makromoleküle der Birkenpolle ihre Eisaktivität beibehalten, auch wenn sie an einem Illit- NX Partikel angelagert sind. Die Mischpartikel zeigen somit das selbe Gefrierverhalten, wie reine Birkenpollen Partikel. Dies zeigt die bisher unterschätzte Bedeutung von biologischem Material für die atmosphärische Eisnukleation. / It is known that ice crystals in clouds play an important role for climate and weather as they influence precipitation initiation and radiative forcing. Ice formation in clouds occurs either through homogeneous or heterogeneous ice nucleation. For the latter case an ice nucleating particle (INP) catalyzes the freezing process. The knowledge about the properties which make a particle act as efficient INP is still limited. As a consequence, the ice nucleation ability of different materials has to be examined by quantitative experimentation. In the framework of the present thesis, the immersion freezing behavior of birch pollen material, different mineral dust particles and internal mixtures of mineral dust and birch pollen material was studied to improve our understanding of the importance of these species for the atmospheric ice nucleation. A quantification of the freezing behavior of ice nucleating active (INA) birch pollen macromolecules under atmospherically relevant conditions was done for the first time. Furthermore, the freezing ability of two birch pollen samples with different local origin was compared. It could be shown that birch pollen are able to produce at least two different types of INA macromolecules, which are both ice active in a temperature regime above −20◦ C. It became obvious that one of the macromolecules is favorably produced in higher latitudes, which indicated the dependence of the freezing properties of birch pollen from their local origin. Concerning mineral dust particles the present thesis demonstrated that the freezing ability of different K-feldspar containing mineral dust proxys like Arizona test dust, kaolinite and illite-NX, is controlled by their K-feldspar content. Furthermore, it was shown that K-feldspar loses its good freezing ability after surface modification with sulfuric acid. As internal mixtures of mineral and biological components are very likely in the atmosphere, the freezing ability of such mixed particles has been investigated in the present thesis. For illite-NX particles which were mixed with birch pollen material, it could be shown that the birch pollen macromolecules maintain their freezing ability when being adsorbed to a mineral dust particle. As a result, the affected mineral dust particle initiates freezing exactly like a birch pollen particle. For atmospheric application this means that it is likely that the ascription of mineral dust to the atmospheric INPs is, at least to a certain extent, due to unnoticed attached ice nucleating biological material.

Sieben fibrogene und fünf nicht fibrogene (inerte) Mineralstäube wurden auf ihr Adsorptionsvermögen gegenüber Lipoproteinen untersucht. Die Adsorption erfolgte aus menschlichem Serum bzw. bovinem Lipoproteinkonzentrat. Die spezifischen Oberflächen der Stäube wurden mit Hilfe einer neuen Methode ermittelt, die auf der Adsorption von Nonadecansäure beruht. Sie vernachlässigt Oberflächenporen mit Öffnungsdurchmessern / Seven fibrogenic and five nonfibogenic (inert) mineral dusts were examined for their adsorption capacity for lipoproteins. Lipoproteins came from human serum and bovine lipoprotein- concentrate. The specific surface areas of the dusts were determined with the help of a new method, which is based on the adsorption of nonadecanoic acid. It neglects surface pores with opening diameters less than 2,5nm. The most important result is that fibrogenic dusts adsorb significantly more high density lipoproteins (HDL), than the inert dusts. The adsorption of HDL on quartz can be reduced up to 96% by addition of Polyvinylpyridine-N-oxide (PVPNO), an inhibitor of quartz- induced fibrosis. The HDL- adsorption might play a role during the developing process of mineral-dust-induced fibrosis.