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 Die Ozonloch-Tour!

Centre for
Atmospheric Science


Universität Cambridge

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Polare Stratosphärenwolken

Bildung von Chlorradikalen

Polare Stratosphärenwolken (polar stratospheric clouds, PSCs) sind das Medium, auf welchem Reservoir-Chlorverbindungen in ozonzerstörende Chlorradikale verwandelt werden.

Obwohl die genaue Chemie und die Details der PSCs nicht vollständig verstanden sind, gibt es im wesentlichen zwei Typen von PSCs, bekannt als Typ 1 und Typ 2.

Man nimmt an, daß Typ 1-PSCs aus Salpetersäure und Wasser bestehen. Sie bilden sich knapp über dem Gefrierpunkt (195 K). Abhängig von den äußeren Bedingungen liegen sie entweder in fester oder flüssiger Form vor.

Typ 2-PSCs sind weniger häufig und bestehen aus Wassereis-Kristallen bei tieferen Temperaturen (z. B. 188 K in 25 km Höhe).

Die üblicherweise inerten Reservoir-Chlorverbindungen (ClONO2 und HCl) können auf der Oberfläche der PSC-Eispartikel reagieren:

HCl + ClONO2 -> HNO3 + Cl2
ClONO2 + H2O -> HNO3 + HOCl
Die Salpetersäure (HNO3) verbleibt in den PSC-Teilchen.

Denoxifikation

Zusätzlich tritt Denoxifikation (Entfernung der gasförmigen Stickoxide NOx) auf PSCs auf. NO2 ist in einem Gasphasen-Gleichgewicht mit N2O5:
2 N2O5 <-> 4 NO2 + O2
N2O5 wird von den folgenden Reaktionen aus der Gasphase entfernt; PSC-Teilchen wirken als Katalysatoren:
N2O5 + H20 -> 2 HNO3
N2O5 + HCl -> ClNO2 + HNO3
Zusammengenommen bewirken die Reaktionen eine Nettoverminderung von NO2. Dies ist bedeutsam, da ClO einen wichtigen Katalysator bei der Zerstörung von Ozon darstellt, aber selbst von den Reaktionen
ClO + NO2 + M -> ClONO2 + M
(M ist irgendein Luftmolekül)
entfernt wird. Also begünstigt eine Verminderung der Konzentration von NO2 das Aufrechterhalten hoher Konzentrationen des ozonzerstörenden ClO.

Beim Wachstum der Wolken beginnen sie, aus der Stratosphäre herauszusinken; dabei nehmen sie die Salpetersäure mit. Diese Entfernung von Stickstoff-Verbindungen bezeichnet man als ''Denitrifikation''. Es begünstigt zusätzlich die Denoxifikation.

Bildung der PSCs

Wir haben noch kein vollständiges Verständnis des Mechanismus beim Gefrieren von PSCs; dies stellt eine der größten Ungewißheiten dar bei der Modellierung des stratosphärischen Ozons.

Das folgende Bild zeigt Ergebnisse eines Modells des Wachstums von PSCs. Man macht die Annahme, daß Typ 1-Teilchen bei der Bildung gefrieren. Beim Absinken der Temperatur sieht man ein plötzliches Einsetzen der Bildung von Typ 1-PSCs, gefolgt von schnellem Wachstum infolge der Kondensation von Salpetersäure und Wasserdampf auf diesen Teilchen. Diese zeigt sich als starker Anstieg und Abbiegen nach rechts im Bild bei ca. 195 K. Beim Absinken der Temperatur auf ca. 187 K bilden sich Typ 2-Partikel auf den größeren der Typ 1-Teilchen. Dieses zeigt sich am scharfen Linksknick im Bild bei ca. 187 K. Typ 2-Teilchen erreichen Größen, die zum Ausfallen aus der Stratosphäre ausreichen, entfernen dabei Salpetersäure und Wasser und verhindern so die Deaktivierung der Chlorradikale zurück zu den Reservoirverbindungen.

Modell des Wachstums von Typ 1 und 2 PSCs

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© 1999. Centre for Atmospheric Science, Universität Cambridge, GB. Text und Graphiken dürfen nur mit ausdrücklicher schriftlicher Genehmigung benutzt oder vervielfältigt werden. Entwurf und Unterhalt: Dr. Glenn Carver. Ursprüngliches Konzept and Design Owen Garrett.
Deutsche Übersetzung: Dr. Olaf Morgenstern