Molekulabsorption & Ozonschicht

Script zum einem Vortrag im Ausbildungsseminar Wetter und Klima

Florian Heimbach

10. Oktober 2009

Inhaltsverzeichnis

1 Molekulabsorption 2

1.1 Rotationsspektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Vibrationsspektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3 Rotationsschwingungsspektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.4 Kollisionsabsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Treibhausgase 8

2.1 Kohlenstoffdioxid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2 Methan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3 Andere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3 Ozon 16

3.1 Eigenschaften von Ozon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.2 Die Ozonschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.3 Erzeugung und Abbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.4 Einfluss des Menschen auf das Ozon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4 Einheiten 28

5 Quellen 28

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1 Molekulabsorption

Ein Molekul hat mehrere Moglichkeiten Energie aufzunehmen. Eine Moglichkeit ist,dass Elektronen des Molekuls in energetisch hohere Zustande gebracht werden. Dieandere, wahrscheinlichere Moglichkeit ist, dass die Energie in Bewegung umgewan-delt wird. Dabei gibt es wieder 3 Optionen:

• Translation des Schwerpunktes

• Rotation des Molekuls um seinen Schwerpunkt

• Schwingung (Vibration) der Bindungspartner gegeneinander

Insgesamt kommt ein System von N Atomen auf 3N Bewegungsfreiheitsgrade, welchezusammen alle moglichen Bewegungen beschreiben, die das Molekul ausfuhren kann.Alle jeweils zusammengehorigen Freiheitsgrade sind dabei zueinander orthogonal.Drei der Freiheitsgrade entfallen auf die Translationsbewegung in die 3 Raumrich-tungen. Weitere 3 Freiheitsgrade werden im Normalfall fur die Rotation verbraucht.Somit bleiben 3N-6 mogliche Vibrationen, welche die Bewegungen innerhalb des Mo-lekuls beschreiben. Es gibt allerdings Ausnahmen. Liegen alle Atome auf einer Achse,spricht man von linearen Molekulen. Eine Rotation um diese Achse ist nicht moglich,da keine Bewegung der Atome zu beobachten ist. Damit werden nur 2 Rotationsfrei-heitsgrade benotigt und es bleiben 3N-5 Vibrationsfreiheitsgrade ubrig. Abb. 1 zeigtals Beispiel die verschiedenen Schwingungsmoglichkeiten eines 3-atomigen Molekuls.

Abbildung 1: Schwingungsmoglichkeiten eines dreiatomigen Molekuls. a), b) zeigenValenzschwingungen, c), d) Deformationsschwingungen. +/- Zeigen eine Bewegungaus bzw. in die Zeichenebene [7]

a) zeigt eine symmetrische b) eine antisymmetrische Valenz- (oder Streckschwin-gung). c), d) zeigen jeweils eine Deformations- oder Beugungsschwingung. Die beiden

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Deformationsschwingungen werden im Spektrum bei derselben Wellenzahl beobach-tet und sind von der Art der Schwingung vollig gleich. Diese beiden Entartungenmussen allerdings dennoch getrennt betrachtet werden, um alle moglichen Bewegun-gen darzustellen.

1.1 Rotationsspektrum

Damit ein Rotationsspektrum auftreten kann, muss sich, mit dem andern der Rota-tionsenergie des Molekuls, auch das Dipolmoment andern. Bei Molekulen wie HCloder NaCl ist dieses Rotationsspektrum vorhanden, wahrend es bei Molekulen wieH2 oder N2 nicht auftritt, da sie kein elektrisches Dipolmoment besitzen. Diese Mo-lekule bezeichnet man auch als ultrarotinaktiv. Eine große Ausnahme bildet dasO2. Hier ist das Rotationsspektrum im Mikrowellenbereich zu finden. Dabei ist dasO2 Molekul das einzige, welches aus zwei gleichen Atomen besteht, 2 ungepaar-te Elektronen besitzt und damit paramagnetisch ist. Mit diesem Moment konnenelektromagnetischen Wellen wechselwirken und das Rotationsspektrum anregen. DerEinfachheit halber, werden wir nun im folgendem, das zweiatomige Molekul betrach-ten. Das zweiatomige Molekul kann annaherungsweise als starrer Rotator betrachtetwerden.

Nach der klassischen Mechanik ergibt sich die Rotationsenergie:

Erot =L2

2 ∗ I(1)

Fur die Eigenwerte des Drehimpulsquadrats L2 ergibt sich

L2 = J ∗ (J + 1) ∗ h2 (2)

J ist die Rotationsquantenzahl. Damit ergeben die Energieniveaus der Rotation.

Erot =J(J + 1) ∗ h2

2 ∗ Imit J = 0, 1, 2, ... . (3)

Fur die Ubergange zwischen den einzelnen Niveaus gilt ∆ J = ± 1. Damit ergebensich die Quantenenergien bezuglich der Ubergange zwischen den Rotationsniveaus

hν = EJ+1 − EJ (4)

hν =(J + 1) ∗ (J + 2) ∗ h2

2 ∗ I− J ∗ (J + 1) ∗ h2

2 ∗ I(5)

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Abbildung 2: Rotationsspektrum mit der Rotationskonstanten B [7]

hν =2(J + 1) ∗ h2

2 ∗ I(6)

Da man in der Spektroskopie allerdings meist die Wellenzahl ν angibt, bietet es sichan die Formel noch etwas umzustellen

hcν =2(J + 1) ∗ h2

8 ∗ π2 ∗ I(7)

ν = 2(J + 1) ∗ h

8 ∗ π2 ∗ I(8)

ν = 2(J + 1) ∗B (9)

wobei man B als Rotationskonstante bezeichnet. So erhalt man ein Spektrum aqui-distanter Linien mit den Abstanden 2*B wie in Abb. 2.

Uber den Abstand der Absorptionslinien kann man also B und damit das Tragheits-moment I ermitteln. Allerdings ist der starre Rotator von dem wir ausgegangen sind,nur eine Naherung. In der Realitat wachst der Gleichgewichtsabstand zwischen denAtomen des Molekuls mit der Rotationsenergie. Damit wird auch I großer und da-mit nach Gleichung (1) Erot kleiner. Somit sind die Linien des Rotationsspektrumsnicht aquidistant, sondern der Abstand zwischen den Linien nimmt mit wachsen-dem J geringfugig ab. Damit ist diese Methode zur Ermittlung von B leider etwasungenau. Die Werte der Rotationsenergie sind dabei um einiges kleiner als z.B. dieElektronenanregung (Elektronenanregung im Bereich von 1 eV). Damit ist das reineRotationsspektrum im sehr langwelligem Infrarotbereich zu finden (ca. 30-150 µm).Dabei ist zu beachten, dass die Raumtemperatur bereits ausreicht um Molekule zumrotieren anzuregen.

1.2 Vibrationsspektrum

Durch thermische Bewegungen, finden zwischen verschiedenen Molekulen, immerwieder Stoße statt. Durch diese Stoße, werden verschiedene Schwingungen (Vibra-

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Abbildung 3: Morse-Potenzial [8]

tionen) innerhalb der Molekule angeregt. Falls die Anderung des Schwingungszu-standes, mit einer Anderung des elektrischen Dipols einhergeht, so ist diese Ande-rung auch mit elektromagnetischer Strahlung moglich. Somit sind diese Spektrenbeobachtbar. Bei einem zweiatomigen Molekul findet eine Valenzschwingung ent-lang seiner Achse statt (Beispiel zur Valenzschwingung siehe dazu Abb. 1 ). DieseSchwingung ist am einfachsten mit einem Harmonischen Oszillator anzunahern, miteinem Potential V (x) = 1

2∗m ∗ ω2 ∗ x2 (ω = Kreisfrequenz). Nach der Schrodinger-

Gleichung ergeben sich die moglichen Vibrationsenergien

Evib = (v +1

2)hν mit v = 0, 1, 2, ... . (10)

Hierbei ist v die Schwingungsquantenzahl und ν die Frequenz der Schwingung. AlsAuswahlregel zwischen den Vibrationszustanden, gilt hierbei wieder ∆v = ±1. NachFormel (10) betragt der Abstand zwischen den Vibrationsenergieniveaus hν. Damitkann das Schwingungsspektrum Photonen der Energie hν aufnehmen oder emittie-ren. Bei realen Molekulen, stimmt die Naherung an einen harmonischen Oszillatornur bedingt. Mit hoheren Schwingungsquantenzahlen wird die Schwingung zuneh-mend anharmonisch (das Molekul kann nicht beliebig zusammengedruckt oder aus-gedehnt werden). Um eine bessere Naherung zu bekommen wird die Parabel desharmonischen Oszillators durch das Morse-Potenzial

E = De[1− e−a∆r]2 (11)

ersetzt. D ist die Dissoziationsenergie, a eine fur das Molekul charakteristische Kon-stante. Damit ergeben sich fur jedes Molekul Potentiale wie in Abb. 3.

Die Abstande der Energieniveaus sind dabei nicht gleich groß, sondern rucken mitwachsender Schwingungsquantenzahl immer weiter zusammen. Damit treten zusatz-liche Linien im Spektrum auf, die sog. “hot bands“. Ein weiterer Unterschied zumharmonischen Oszillator sind die Auswahlregeln. Hier ist nicht nur der ∆v = ±1Ubergang erlaubt, sondern es treten auch hohere Ubergange ∆v = ±2,±3... auf.

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Dies fuhrt auch zu den sog. Oberschwingungen (z.B. der Ubergang von v=0 bisv=2). Die Ubergangswahrscheinlichkeit ist allerdings um einiges geringer, als dieder Grundschwingung. Daher treten Oberschwingungen im Spektrum auch mit ge-ringerer Intensitat auf. Zusatzlich zu den Oberschwingungen bei denen eine Grund-frequenz vervielfacht wird, gibt es noch die sog. Kombinationsschwingungen (bzw.Kombinationsbande). Diese ergeben sich aus der Addition zweier oder mehrererGrundschwingungen. Diese haben wie die Oberschwingungen eine geringere Inten-sitat im Vergleich zu den Grundschwingungen. Eine noch geringere Intensitat wei-sen die Differenzbanden auf. Bei diesen Schwingungen werden Grundschwingungenvon einander subtrahiert. Bei kleinen Schwingungsquantenzahlen betragt der Un-terschied der Vibrationsenergieniveaus etwa 0,1 bis 0,3eV [7]. Bei Raumtemperatur(T ≈ 300K) betragt die mittlere thermische Energie ca. 3, 8 ∗ 10−2eV. Damit befin-den sich die meisten Molekule im (vibrations-)Grundzustand und die Schwingungenwerden erst durch Photonen angeregt. Die zugehorigen Linien liegen dabei im ultra-roten Spektralbereich . Im Vergleich zur den Rotationsniveaus, sind die langwellig-sten Linien des Schwingungsspektrums etwa 100mal kleiner als die Wellenlange derkurzesten Linie des Rotationsspektrums.

1.3 Rotationsschwingungsspektrum

Es kommen naturlich die verschiedenen Formen der Anregung nicht nur getrenntvor. So gibt es z.B. das sog. Rotationsschwingungsspektrum. Dabei sind Vibrationund Rotation nicht vollkommen unabhangig von einander. So gibt die Auswahlregeln∆J = ±1 und ∆v = ±1, ±2, ±3, ... . Somit ergibt sich das bereits angesprocheneVibrationsspektrum welches in der unmittelbaren Umgebung eine Rotationsstrukturaufweist (siehe Abb. 4).

Dabei geht mit jeder Vibration auch eine Rotation einher. Dies fuhrt dazu, dassman das Rotationsschwingungsspektrum in einen P-Zweig (∆J=-1) und einem R-Zweig (∆J=+1) aufteilen kann. Der Q-Teil (∆J=0) ist bis auf wenige Ausnahmennicht erlaubt und fehlt daher. Somit ergibt sich das typische Bild des Rotation-Schwinungsspektrum wie in Abb. 5 zu sehen.

Zudem gibt es noch Kopplungen zwischen Vibration und Rotation. Wachst bei derAnregung von Vibrationen der mittlere Abstand der Atome andert sich auch dasTragheitsmoment. Dies bedeutet dass die Abstande der Linien im P-Zweig kleinerwerden und sich im R-Zweig vergroßern. Nimmt der mittlere Abstand ab, gilt dasentsprechend Umgekehrte.

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Abbildung 4: Rotations und Vibrationsniveaus [8]

Abbildung 5: Rotationsschwingungsspektrum [8]

1.4 Kollisionsabsorption

Neben der normalen Absorption (Elektronenanregung, Vibrations- und Rotations-anregung) die typisch fur Molekule ist, gibt es fur CO2 noch eine weitere MoglichkeitEM-Strahlung zu aufzunehmen. Nach einer Studie ist dies wahrend einer Kollisionzwischen CO2 Molekulen moglich. Im Gegensatz zu der Elektronen-, Vibrations-,und Rotationsanregung wird dieser Vorgang nicht von der Quantenmechanik, son-dern von den klassischen Bewegungsgesetzen beherrscht. Die Absorption, die einenZusammenstoß beinhaltet, tritt bei anderen Wellenlangen auf, als die, welche manvon einem einzelnen Molekul kennt. Diese Form der Photonenaufnahme tritt abernicht nur bei CO2 - CO2 Kollisionen auf. Auch bei Kollision von CO2 mit ande-ren ahnlichen oder auch zweiatomigen Molekulen wie N2 oder O2 tritt dieser Effektauf. Auch bei zweiatomigen Molekulen untereinander ist dies moglich. So findet sichz.B. IR-Absorption beim O2 Gas, wo sonst praktisch keine vorhanden ware. Bei derWirksamkeit dieses Effektes in der Atmosphare, spielen die Hohe bzw. der Druck(sowie auch die Gaszusammensetzung) eine wichtige Rolle, da davon auch die An-zahl der Stoße unter den Molekulen abhangt. Auch wenn man den Effekt noch nichtwirklich versteht, so macht er etwa 10% der IR-Absorption des CO2 Gases in derAtmosphare aus.

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2 Treibhausgase

Ein thermisch angeregter Korper strahlt elektromagnetische Wellen aus. Die Wel-lenlange dieser Strahlung hangt von der Temperatur des Korpers ab. Wahrend dieSonne mit einer Oberflachentemperatur von ca. 5700K sein Maximum bei ca. 500nmhat, so hat die Erde mit etwa 300K ihr Maximum bei ca. 10µm. Treibhausgasezeichnen sich dadurch aus, dass sie Wellen absorbieren konnen, welche von der Erd-oberflache zuruckgeworfen werden. Ohne diese Gase ware es auf der Erdoberflacheca. -18◦C kalt so dass das Leben wie wir es kennen, wohl nicht existieren wurde.Im letzten Jahrhundert, hat die Menschheit allerdings begonnen, die Konzentrati-on dieser Gase in der Atmosphare zu erhohen. Daher wollen wir einige dieser Gasenaher betrachten.

2.1 Kohlenstoffdioxid

Abbildung 6: Model eines Kohlenstoffdioxidmolekuls [16]

Carbon dioxide (CO2)Grundschwingungsfrequenzen in cm−1: 1388 (symmetrische Valenzschwingung), 667(Deformationsschwingung) 2-fach Entartet, 2349 (antisymmetrische Valenzschwin-gung)Permanentes Dipolmoment: NeinGWP: 1

In der Abb. 7 sehen wir das Transmissionsspektrum im Bereich von 4000 bis 500cm−1.

• a) 3716 cm−1: Hier liegt ein Kombinationsband vor (1388 + 2349 = 3716cm−1). Obwohl die symmetrische Valenzschwingung alleine nicht angeregt wer-den konnte (da keine Dipolanderung), so ist sie in Kombination mit der anti-symmetrischen Valenzschwingung moglich.

• b) 3609 cm−1: Eine Kombination aus dem antisymmetrischen Valenzschwin-gung und der 2fachen Oberschwingung der Deformationsschwingung (2349+2*667= 3683 cm−1)

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Abbildung 7: Spektrum eines CO2 Molekuls [9]

• c) 2349 cm−1: Die antisymmetrische Valenzschwingung. Obwohl CO2 keinpermanentes Dipolmoment hat, wird durch die antisymmetrische Bewegunginnerhalb des Molekuls ein temporares Dipolmoment erzeugt, so dieses Bandelektromagnetisch Angeregt werden kann.

• d) 1388 cm−1: Hier ware das Band der symmetrischen Valenzschwingungzu finden. Da sich aber das Dipolmoment nicht andert wird es nicht durchelektromagnetische Strahlung angeregt.

• e) 667 cm−1: Die Deformationsschwingung. Sie kann wie c) durch erzeugeneines temporaren Dipolmoments angeregt werden.

Der CO2 Anteil der der Luft war noch nie konstant. Das naturlich Gleichgewicht,welches sich durch den Kohlenstoffkreislauf (naturliche Quellen von CO2 und dienormale Absorption von CO2 durch Pflanzen, Boden, Ozean) ergibt, ist und warschon immer Schwankungen unterworfen. So sind auch heute noch einige Menschender Meinung, der aktuelle starke Anstieg von CO2 ware nur eine Laune der Natur.Dabei wird gerne ubersehen, dass die letzten ca. 10.000 Jahre, ein Wert von etwa280ppm CO2 vorhanden war. Heute liegt der Wert etwa bei 380ppm (siehe Abb. 9).Das ist der hochste Wert, seit uber 650.000 Jahren (180-300ppm). Moglicherweisesogar seit 20 Millionen Jahren. Der starke Aufwartstrend welcher in Abb. 9 zusehen ist, wird wohl auch weiter anhalten. Denn wie in Abb. 8 zu erkennen ist, hat

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Abbildung 8: Globale Zunahme des CO2 Anteil in der Luft in ppm/Jahr (Datenquelle[11])

Abbildung 9: CO2 Anteil in der Luft gemessen in Mauna Loa, Hawaii von ScrippsInstitution of Oceanography und NOAA/ESRL [10]

trotz verschiedener Umweltschutzgesetze das CO2 in der Luft stetig zugenommen.Da die naturlich vorhandenen Quellen fur solch eine Anderung offensichtlich nicht

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Abbildung 10: Kohlenstoff-Emission von verschiedenen Quellen pro Jahr (Daten-quelle [12])

verantwortlich sein konnen, liegt es nahe, die Ursache beim Menschen zu suchen.Wie in Abb. 10 zu sehen ist, kommt der meiste Kohlenstoff welcher in Form vonCO2 in die Luft abgegeben wird, aus fossilen Brennstoffen. Die 2t starkste Quelle,ist das sog. land changing bzw. using. Darunter fallen z.B. Waldrodungen.

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2.2 Methan

Abbildung 11: Model eines Methanmolekuls [16]

Methane (CH4)Grundschwingungsfrequenzen in cm−1: 2917(symmetrische Valenzschwingung), 1534(Scherenschwingung oder scissoring) 2-fach Entartet, 3019 (antisymmetrische Va-lenzschwingung) 3-fach Entartet, 1306 (umbrella Schwingung) 3-fach EntartetPermanentes Dipolmoment: NeinGWP: 21-25

In der Abb. 12 sehen wir das Transmissionsspektrum im Bereich von 4000 bis 500cm−1.

• a) 3019 cm−1: Hier liegt das Absorptionsband der antisymmetrischen Valenz-schwingung. Hier wird ein temporares Dipolmoment erzeugt, weshalb diesesBand angeregt werden kann.

• b) 2917 cm−1: Hier ware das Absorptionsband der symmetrischen Valenz-schwingung. Da sich aber das Dipolmoment nicht andert, kann es durch IR-Strahlung nicht angeregt werden.

• c) 1534 cm−1: Dieses Band, ware das Band, welches durch symmetrischesC-H scissoring erzeugt wird. Da sich aber auch hier der Dipol nicht andertwird es nicht angeregt.

• d) 1306 cm−1: Die Deformationsschwingung, welche fur diese Band verant-wortlich ist, andelt von der Bewegung dem Aufspannen eines Regenschirms,woher auch der Name umbrella bend kommt. Durch Erzeugung eines tem-poraren Dipols kann das Band angeregt werden.

Methan wird von verschiedenen naturlichen und anthropogenen Quellen emittiert.Die anthropogenen Quellen beinhalten die Produktion fossiler Rohstoffe(Fordern

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Abbildung 12: Spektrum eines CO2 Molekuls [9]

und verarbeiten), Tierhaltung, Reisanbau, Biomasseverbrennung und allgemeinesverschwenden. Diese Dinge haben einen starken Einfluss auf den Methangehalt inder Atmosphare. Uber 60% der Weltweiten Methanemissionen sind auf den Men-schen zuruckzufuhren. Zu den naturlichen Quellen zahlen Sumpfe, Gaseinlagerun-gen, Wildfeuer, Ozeane, Termiten usw.. Der uberwiegende Teil des AtmospharischenMethans ist dabei aus biologischen Quellen (egal ob naturlich oder anthropogen).Dabei nahm man lange Zeit an, dass dieses biologische Methan grundsatzlich durchMikroorganismen unter Ausschluss von Sauerstoff (anaerob) gebildet wird. Hier wer-den Acetate bzw. Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan umgewandelt. DieseStoffe wiederum entstehen beim anaeroben Abbau von organischen Materialien. ImMax-Planck-Institut fur Kernphysik, wurde im Jahr 2006 allerdings herausgefunden,dass auch Pflanzen selbst das Treibhausgas Methan produzieren und an die Atmo-sphare abgeben. Dies geschieht in einer normalen sauerstoffreichen Umgebung. Aufdiese Art, wird nach ersten Schatzungen, etwa 60 bis 240 Millionen Tonnen Methanpro Jahr produziert. Das entspricht ca. 10 bis 30% der gesamten Methan-Emissionim Jahr. Dass diese Entdeckung erst so spat gemacht wurde, liegt wohl mit daran,dass die Wissenschaft uberzeugt war, dass biologisches Methan nur unter Ausschlussvon Sauerstoff gebildet werden kann. Durch diese Entdeckung andert sich naturlichder gesamte Methanausstoß der Erde nicht. Allerdings wird dadurch wohl der Puf-

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fereffekt der Pflanzen, gegenuber dem Treibhauseffekt etwas gemindert (man schatzthochstens 10%). Da durch die erhohte Temperatur und die hoheren CO2 Werte auchdie Pflanzen starker wachsen und dabei CO2 binden wirken sie gegen den Treibhaus-effekt. Da dadurch aber auch mehr Methan (GWP 21-25) abgegeben wird ist derPuffereffekt etwas schwacher als bis dahin angenommen.

Die starke der Methan-Emissionen sind stark vom Land bzw. der Region abhangig.Die Art der Energieerzeugung eines Landes, das Klima und auch die Mentalitatspielen dabei eine wichtige Rolle. So sind etwa 34% der gesamten Methan-Emissionenin der U.S. auf Bodenaufschuttungen und offene Mullhalden zuruckzufuhren.

Die CH4-Konzentration hat sich mit 1.774 ppb im Jahr 2005 seit dem Jahr 1750mehr als verdoppelt. Die heutigen Konzentrationen wurden in den letzten 650.000Jahren nie erreicht.

2.3 Andere

Wasser: Water (H2O)Grundschwingungsfrequenzen in cm−1: 3657(symmetrische Valenzschwingung), 1595(Deformationsschwingung), 3756 (antisymmetrische Valenzschwingung)Permanentes Dipolmoment: JaGWP: -

Wasserdampf ist das wohl wichtigste Treibhausgas uberhaupt. Je nach Quelle machter 40-90% des Treibhauseffektes aus. Der Wasserdampfgehalt spielt in der oberenTroposphare und der unteren Stratosphare, eine wichtige Rolle. Der Großteil desWasserdampfes entsteht durch Verdunstung. Da mit dem steigen der Temperaturauch die Konzentration des Wasserdampfs in der Troposphare steigt, musste auchdie Treibhauswirkung des Wassers zunehmen. Allerdings erhoht sich damit auch dieWolkenbildung, was verschiedene Auswirkungen auf die Temperatur hat. Im grobengehen einige Wissenschaftler davon aus, dass ein Großteil der Temperaturerhohung,durch den starkeren Treibhauseffekt des Wasserdampfes, durch die Wolken ausge-glichen wird. Obwohl die Konzentration des Gases in der oberen Troposphare bzw.unteren Stratosphare sehr gering ist, (verglichen mit der Konzentration am Boden)so hat sie doch wichtige Auswirkungen auf das Klima. Dabei unterliegt diese Konzen-tration einer erheblichen Variabilitat. Grund dafur sind z.B. Vulkanausbruche, aberauch Ursachen die noch nicht bekannt sind. Insgesamt ist laut verschiedenen Quellen,die Konzentration in diesen Hohen gestiegen, was mehrere Effekte auf das Klima,insbesondere auf das Ozon hat. Ein Abkuhlen der Stratosphare, ein Erwarmen derTroposphare (siehe Forster, PMD; Shine, KP (2002) Assessing the climate impact oftrends in stratospheric water vapor, GEOPHYS RES LETT, 29(6)), eine Erhohung

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der OH-Konzentration und eine vermehrte Bildung von polaren Stratospharenwol-ken (PSCs). Die letzen beiden Punkte fuhren zu Ozonabbau siehe 3.3. Insgesamtbewirkt eine Erhohung des Wasserdampfs in der Stratosphare um 1 ppm, einenOzonruckgang um 1,4% in der polaren Sudhemisphare und 0,5% auf der Nordhe-misphare (nach [14]). Warum genau der der stratospharische Wasserdampf steigt,ist noch nicht vollig klar. Die Erhohung der Wasserdampfkonzentration, durch dieErwarmung der tropischen Tropopause (trennt Troposphare von Stratosphare) undder verstarkten Methanoxidation (wegen dem erhohen Methangehalt) zu Wasser-dampf, reichet nicht aus um den Trend zu erklaren.

Ozon: Ozone O3

Grundschwingungsfrequenzen in cm−1: 1103, 701, 1042Permanentes Dipolmoment: JaGWP: -

siehe 3.1.

Distickstoffmonoxid(Lachgas): Nitrous oxide (N2O)Grundschwingungsfrequenzen in cm−1: 2224, 589 2-fach Entartet, 1285Permanentes Dipolmoment: JaGWP: 298

Die N2O-Konzentration ist seit 1750 etwa um 18% gestiegen und nimmt weiterzu. Die im Jahr 2005 gemessene Konzentration, wurde in den vergangenen 1000Jahren nie erreicht. Ca. 40% der heutigen Lachgas-Emissionen sind anthropogenenUrsprungs. Quellen hierfur sind Landwirtschaft (z.B. Dunger), Chemische Industrieund Biomasseverbrennung.

Weitere Treibhausgase kommen in sehr geringer Konzentration vor (ppt-Bereichund noch weniger). Dazu gehoren FCKWs (Ozonschichtabbau, hohe GWP Werte,teilweise uber 10.000), Schwefelhexafluorid (spezifisch wirksamste bekannte Treibh-ausgas, auf Grund der langen Verweildauer in der Atmosphare von ca. 3.200 Jahre),FKWs H-FKWs und noch einige andere Stoffe bzw. Stoffgruppen. Alle diese Stoffezusammen, machen aufgrund ihres geringen Vorkommens, weniger aus, als jedes derzuvor genannten Gase.

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3 Ozon

Neben dem Treibhauseffekt gibt es noch ein anderes Phanomen, welches durch denMenschen verursacht wird, das Ozonloch. Dieser Begriff war vor einigen Jahren inden Medien ahnlich prasent, wie es der Treibhauseffekt heute ist. Verbunden wirdder Begriff hauptsachlich mit der Zerstorung großer Mengen von Ozon und derZunahme von zellschadigender UV- Strahlung. Auch wenn das offentliche Interessean diesem Thema nachgelassen hat, so wird es das Leben auf der Erde, nach grobenSchatzungen, noch mindestens 50 Jahre lang beeinflussen. Grund genug das Ozonetwas naher zu betrachten.

3.1 Eigenschaften von Ozon

Abbildung 13: Model eines Ozonmolekuls [1]

Das O3 Molekul besteht aus 3 Sauerstoffatomen, welche im Dreieck angeordnet sind(siehe Abb. 13). Bei Zimmertemperatur liegt es als farbloses instabiles Gas vor,das eine stark oxidierende Wirkung besitzt. Im flussigen Zustand nimmt es einetiefblaue Farbe an und bildet im festen Zustand blauviolette Kristalle. Die oxidie-rende Wirkung wird genutzt, um Mikroben abzutoten und damit z.B. Wasser zureinigen oder Lebensmittel zu konservieren. Bei Mensch und Tier fuhrt Ozon zuReizung der Atemwege, verschiedenen Beschwerden und gesundheitlichen Schadi-gungen. Aber auch auf Pflanzen hat Ozon eine schadigende Wirkung. Dabei hangtdie Schadigung von der Ozondosis und der Pflanzenart ab. Hinzu kommen Alter,Entwicklungsstadium der Pflanze, sowie andere Einflusse wie Wasser, Licht, Nahr-stoffe usw. Bei Raumtemperatur ist bei gasformigem Ozon ab einer Konzentrationvon 9-16% Explosionsgefahr. Ozon ist bei Raumtemperatur ein instabiles Molekul.So liegt bei Raumtemperatur die Halbwertszeit bei 20-100 Stunden. Bei niedrigerenTemperaturen steigt die Halbwertszeit stark an. So liegt sie bei einer Tempera-tur von -15◦C bei 8 Tagen und erreicht bei -78◦C schon mehr als 4 Monate. Diesermoglicht die Ozonschicht in ihrer heutigen Form, aber auch das Lagern von Ozonauf der Erde. Im Labor oder in der Industrie gibt es außerdem noch die Moglichkeit,

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Abbildung 14: Absorptionsspektrum eines O3 bei Raumtemperatur um das Maxi-mum des Chappuis-Wulf Bands [18]

Abbildung 15: Absorptionsspektrum eines O3 bei Raumtemperatur um das Maxi-mum des Hartley Bands [18]

Ozon als Gemisch mit Fluorchlorkohlenwasserstoffen zu lagern, da diese wegen ih-

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Abbildung 16: Absorptionsspektrum eines O3 bei Raumtemperatur im Bereich desHuggins Bands [17]

rer hohen chemischen Stabilitat dem Ozon nichts anhaben konnen (Ozonzerstorungerfolgt durch Halogene aus den FCKWs nicht durch die FCKWs selbst). Neben denBandern im IR-Bereich, welches Ozon zu einem Treibhausgas macht, hat Ozon nochstarke Absorptionsbander im sichtbaren und UV-Bereich. Im sichtbaren Bereich dasChappuis-Wulf Band Abb. 14, im UV-Bereich das Hartley Band Abb. 15 und dasHuggins Band Abb. 16. Diese Bande sind maßgeblich fur die Temperaturverteilungin der Stratosphare verantwortlich. Die beiden Bander im UV-Bereich, schutzenzusammen mit dem Sauerstoffmolekul, die Erdoberflache vor den schadlichen kurz-welligen Strahlen.

3.2 Die Ozonschicht

Entgegen dem, was der Name vermuten lasst, ist das Ozon der Atmosphare nicht aufeine dunne Schicht begrenzt, sondern uber mehrere Kilometer verteilt (siehe Abb.17). Die gesamte Atmosphare enthalt etwa 3, 3 ∗ 1012 kg Ozon (gesamt Atmospharehat eine Masse von etwa 5, 1 ∗ 1018 kg) [2]. Etwa 95% des Ozons befinden sich dabeiin der Stratosphare (10 - 50 km Hohe) [2] mit einem Maximum bei etwa 25 km Hohe(siehe Abb. 17 ). Wurde man eine Saule der Atmosphare unter Normaldruck setzen,ware die Saule auf 8 km zusammen gedruckt. Das Ozon hatte dann eine Schichtdickevon 3mm in dieser Saule, was 300 D (Dobson siehe 4 ) entspricht.

Warum das Ozon so eine wichtige Rolle fur das Leben auf der Erde spielt, kann man

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Abbildung 17: Darstellung der Ozonverteilung als Funktion der Hohe [1]

anhand des Absorptionsspektrums Abb. 18 erkennen.

Im Wellenlangenbereich von ca. 250nm-290nm wird praktisch alles an einfallenderStrahlung absorbiert. Verantwortlich fur die Absorption in diesem Bereich sind dieHartley-Bande welche im Bereich von 200nm bis 300nm wirken. Ab 300nm bis etwa350nm wirken die Huggins-Bande welche aber um einiges schwacher sind und dasAbsorptionsvermogen hin zu 350 stark abfallt. Wie in Abb. 19 zu sehen ist beginnenab ca. 242nm die Bande des O2 zu wirken.

Da diese Bande eine sehr wichtige Rolle bei der Ozonentstehung durch Photodisso-ziation (siehe 3.3) spielen, wollen wir sie hier genauer betrachten.

Hierbei sind nur Bandubergange in Tripletzustande erlaubt. Der UbergangX3Σ−g 7−→

A3Σ+u ist verboten wegen − 7−→ +. Daher tritt das Herzbergkontinuum 200-242

nm nur schwach auf. X3Σ−g 7−→ B3Σ−

u ist erlaubt. Dieser Ubergang ist fur dasSchumann-Runge Band 175-200nm verantwortlich. Die Bandverbreiterung entstehtdurch verschiedene Vibrationszustande. Kleinere Wellenlangen werden vom Schumann-Runge Kontinuum bzw. dem Ionisationskontinuum aufgenommen (siehe Abb. 21).

Damit kann O2 praktisch alles an einfallender Strahlung von λ = 10-200nm in deroberen Atmosphare absorbieren. Die O2 Photolyse im Bereich von 200-240nm findethauptsachlich in der tieferen Stratosphare statt, da die Absorption in diesem Bereichsehr schwach ist und erst bei einer großen Zahl von O2 Bedeutung bekommt. Sie istdie Hauptquelle der freien Sauerstoffatome, aus denen Ozon uber Photodissoziation

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Abbildung 18: Transmission der direkten Strahlung fur verschiedene Ozonmassen.Der mittlere Ozonwert in der Atmosphare betragt 300D [1]

Abbildung 19: Absorptionsverhalten von Ozon und von molekularem Sauerstoff [4]

(siehe 3.3 ) gebildet wird. Da Ozon ebenfalls Strahlung dieser Wellenlange absorbiert,begrenzt sich die Ozonmenge in der Atmosphare selbst.

Auf Grund der Absorption von Strahlung, hat das Ozongas zudem einen wichti-gen Einfluss auf die vertikale Temperaturverteilung. Wahrend in der Troposphare(0 km bis 7 (Pol) - 18 (Aquator) km) die Temperatur von ca. 15 ◦C am Boden aufetwa -45 ◦C bis -75 ◦C [3] an der Tropopause (Trennschicht zwischen Troposphare

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Abbildung 20: Potentielle Energiekurve fur den Grundzustand und die ersten 4 ange-regten Zustande von O2. H = Herzbergkontinuum, S-R = Schumann-Runge System,A-A = atmospharischen Bande [4]

Abbildung 21: Absorptionsspektrum von O2 [4]

und Stratosphare) abfallt, so wird durch das Ozon die Stratosphare in ca. 50 kmwieder auf 0 ◦C aufgeheizt. Dadurch wird eine dynamische Stabilitat der Strato-sphare erreicht, wodurch starke vertikale Luftbewegungen im Wesentlichen auf die

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Troposphare begrenzt werden.

Abbildung 22: Mit einem Strahlungstransportmodell berechnete vertikale Tempera-turverteilung in der Atmosphare. 4 Erreichung der Strahlungsgleichgewichtstempe-ratur, d.h. ohne vertikalen Lufttransport (Konvektion); 3 wie 4, jedoch mit Konvek-tion in der Troposphare (bis 12km); 2 wie 4, jedoch ohne Absorption der UV- undsichtbaren Strahlung durch das Ozon; 1 wie 4, jedoch ohne Absorption und Emissionder langwelligen Strahlung (9,6µm) durch Ozon (Karol u.a., 1938) [1]

Zudem ist in Abb. 22 auch zu erkennen, dass ohne das Ozon die Temperatur amBoden um etwa 3 ◦C geringer ware. Dies ist dadurch zu erklaren, dass in der mittlerenAtmosphare weniger Strahlung absorbiert, somit wird weniger langwellige Strahlungnach unten gesandt, so dass weniger Strahlung am Erdboden absorbiert wird. [1]

3.3 Erzeugung und Abbau

Der wichtigste Mechanismus zur Ozonerzeugung in der Natur ist die sog. Photodis-soziation. Dabei wird durch Einwirkung von UV-Strahlung molekularer Sauerstoff

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aufgespalten und uber eine chemische Reaktion Ozon gebildet. Ein paar Beispiele:

O2 + hν 7−→ O +O, λ < 242, 4nm (12)

O2 +O +M 7−→ O3 +M (13)

(hν Strahlungsenergie, λ Wellenlange, M der Stoßpartner z.B. Sauerstoff- oder Stick-stoffmolekul). Kunstlich kann Ozon z.B. dadurch erzeugt werden, indem man Sau-erstoff (O2) uber einen gluhenden Festkorper leitet. Durch die hohe Temperaturverschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung des Ozons.

3O2 ⇔ 2O3 (14)

Viele technische Erzeugungsmethoden haben ihre Vorbilder in der Natur. Eine da-von ist die elektrische Entladung, welche den Blitzen nachempfunden ist. Weite-re Moglichkeiten sind UV-Strahler und andere ionisierenden Strahlungen wie α-Strahlung, verschiedene chemische Reaktionen oder Elektrolyse. Ebenso wichtig wiedie Ozonerzeugung, ist das Verstehen des Ozon Abbaus. So wie das Ozon durchkurzwellige Strahlung erzeugt wird, so wird es auch durch langer wellige Strahlungwieder zerstort.

O3 + hν 7−→ O2 +O, λ < 310nm, 1180nm (15)

O +O3 7−→ 2O2 (16)

(UV-Strahlung mit Wellenlange λ ¡ 310nm fuhrt dazu, dass die freiwerdenden Sau-erstoffatome sich in einem angeregten Zustand befinden, welche z.B. Wasserdampfaufspalten konnen). Diese beiden Reaktionen zusammen mit den Erzeugungsreak-tionen (12) und (13) sind bekannt als Chapman Zyklus und galten lange Zeit alseinzige Komponenten der Ozon Erzeugung und Zerstorung in der Atmosphare.

Die Reaktionen (15) und (16), reichen aber fur den tatsachlichen Abbau des Ozonsnicht aus. Deshalb benotigen wir noch eine weitere Reaktion.

X +O3 7−→ XO +O2 (17)

XO +O 7−→ X +O2 (18)

X steht dabei fur H, OH, Cl, NO oder Br. Diese Radikale entstehen durch photo-chemische Reaktionen aus verschiedenen Quellgasen (z.B. FCKW Gase wie F-11,F-12 usw.). Die Radikale und auch die Quellgase werden außerdem als Spurengasebezeichnet, da ihre Konzentration außerst gering ist. Wahrend die Hauptkompo-nenten der Atmosphare, uber die Hohe, in etwa gleich bleibenden Konzentrationen

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vorkommen, andert sich die Konzentration von Spurengasen meist mit der Hohe. DerGrund warum die Spurengase trotz ihres geringen Anteils den Ozongehalt merklichbeeinflussen ist, dass die oben aufgefuhrte Reaktion mehrere tausend mal durch-laufen wird, bevor das entsprechende Radikal die Atmosphare verlasst. Solche Spu-rengase werden auf verschiedenen Wegen erzeugt. Durch Verbrennung, Tierhaltung,Dungung, Verwesung, Industrie, usw..

Bis jetzt wurde das Hauptaugenmerk auf das Ozon in der Stratosphare gerichtet, woauch 95% des Ozons vorhanden sind. Die restlichen 5% sind aber in der Tropospharezu finden, so dass wir die Mechanismen welche dort vorkommen etwas genauer be-trachten wollen. Etwa 1/3 des Ozons der Troposphare, kommt uber Luftstromungenaus der daruber liegenden Stratosphare und ein etwa ebenso großer Anteil, wirddurch Absorption am Boden wieder zerstort. Der restliche Teil, war lange Zeit einRatsel, da die kunstliche Produktion von Ozon am Boden z.B. durch Lichtbogen-schweißen, aber auch durch Blitze um einige Großenordnungen zu klein war, um furden Großteil des Ozons verantwortlich zu sein. Die Reaktion nach (12) war nichtmoglich da die notwendige Strahlung λ <242,4nm nicht vorhanden war. Um dieHerkunft des Großteils des Ozons in der Troposphare zu verstehen, betrachten wirden sog. Photosmog. Bei dessen Auftreten wurden hohe Konzentrationen von Ozonin erdbodennahe gemessen. Begunstigt wird das Auftreten des Photosmogs durchTemperaturinversionen (d.h. Temperaturzunahme mit der Hohe anstelle der nor-malen Abnahme). Sie wirkt als Sperrschicht, wodurch sich eine Art atmospharischeGlocke bildet, welche die Gase, die am Boden erzeugt werden, sammelt. Somit kannder Photosmog, bestehend aus hohen Konzentrationen von Spurengasen aus derIndustrie, Kraftwerken, Fahrzeugen und ahnlichem, entstehen. Eine wichtige Kom-ponente ist noch eine hohe Sonneneinstrahlung. (Der Name selbst deutet ja schonauf die Beteiligung von Strahlung hin). Fur die Ozonbildung nach (13) werden freieSauerstoffatome benotigt. Diese entstehen hauptsachlich durch Photolyse von Stick-stoffdioxid unter Sonneneinstrahlung [1].

NO2 + hν 7−→ NO +O, λ < 400nm (19)

Allerdings wird Ozon nach Reaktion (17) durch das entstehende NO wieder zerstortund das Stickstoffdioxid zuruckgebildet. Somit sollte sich eine Gleichgewichtskonzen-tration einspielen. Die entscheidende Erklarung der Zunahme der Ozonkonzentrationinnerhalb von Photosmoglagen, bzw. der Erklarung der langzeitlichen Ozonzunah-me in der Troposphare, wurde von P. J. Crutzen, W.Chaimeides, J.C. Walter undanderen Forschern gefunden [1]. Sie erkannten, das Stickoxid NO auch durch anderePeroxyd-radikale RO2 zu NO2 oxydiert wird:

NO +RO2 7−→ NO2 +RO (20)

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R steht hierbei fur ein Wasserstoffatom oder ein anderes organisches Radikal (CH3,CH3CH2 usw.). Durch die Wegnahme von NO Molekulen erhoht sich der Anteildes erzeugten Ozons, gegenuber dem zerstorten. Die RO2 Radikale stammen meistaus fluchtigen organischen Verbindungen. Diese werden durch Vegetation, Verdau-ungsprozesse (Stichwort Rinderhaltung), und Verbrennung fossiler Rohstoffe in dieAtmosphare geblasen. NOx entstammen ebenfalls zu 30%-75% anthropogen Quellen(z.B. Dungen). Wie nun deutlich gemacht wurde, kann das Ozon auch durch pho-tochemische Reaktionen mit Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen erzeugt werden.Zerstort wird das Ozon wie schon erwahnt durch den Kontakt mit dem Erdbodenoder unter Einwirkung von kurzwelliger Strahlung unter der nun folgenden Reaktionvon angeregten O-Atomen und Wasser.

O3 + hν 7−→ O2 +Oλ < 310nm (21)

O +H2O 7−→ 2OH (22)

O3 +OH 7−→ O2 +H2O (23)

3.4 Einfluss des Menschen auf das Ozon

Seit der Industriellen Revolution hat die Menschheit damit begonnen den Spuren-gashaushalt zu beeinflussen. So wurde durch Verbrennungen z.B. der Anteil an CO2

und NOx erhoht, als auch durch die Landwirtschaft verschiedene Gase, wie Methanoder verschiedene Stickoxide freigesetzt. Aber auch industriell hergestellte Gase, wieverschiedene FCKWs sind in die Atmosphare gelangt. Dabei ist oft eine lange Ver-weildauer (von 100 bis zu mehreren tausend Jahren) der Gase in der Atmosphare eingroßes Problem, da sich immer mehr dieser Stoffe ansammeln und die Atmospharebeeinflussen. Einige dieser Gase wirken dabei als sog. Quellgase welche uber verschie-dene Reaktionen, Radikale freisetzen, welche nach (17) und (18) das Ozon direktzerstoren. Aber auch andere Gase wie das CO2 konnen indirekt fur die Zerstorungdes Ozons sorgen. Durch den Treibhaus-Effekt welchen diese Gase bewirken, wirddie Temperatur in der Troposphare erhoht. Auch wenn man noch nicht genau weißwie stark, so fuhrt dies, nach Ansicht vieler Wissenschaftler, zu einer Abkuhlungder Stratosphare. In der Tat wurde uber die letzten Jahrzehnte ein Abkuhlen dermittleren Stratosphare um 1◦C bis 6◦C [5] festgestellt. Dies konnte allerdings auchdaher ruhren, dass durch die Abnahme des Ozons weniger Strahlung in dieser Hoheabsorbiert wird. Welcher Effekt zu welchem Anteil, auch immer verantwortlich ist,die Stratosphare wird kuhler. Dies zieht weitere Folgen nach sich. Einerseits wirdOzon bei tieferen Temperaturen stabiler. Dadurch nimmt der Ozongehalt wieder zu,es wird mehr Strahlung in der Stratosphare absorbiert, wodurch die Tropospharewieder abkuhlt. Somit wurde gegen beide ursprunglichen Effekte gegengesteuert.

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Allerdings hat das Abkuhlen noch einen weiteren Effekt. Die Industrie hat uber dieJahre große Mengen an Quell- bzw. Reservoirgasen wie Chlorwasserstoff (HCl) oderChlornitrat (ClONO2) in die Luft abgegeben. Diese Gase konnen in sog. heterogeneReaktionen eintreten. Das sind Reaktionen, welche nicht zwischen Gasen ablaufen,sondern bei denen die Reaktionspartner sowohl Gase, als auch Tropfchen und diean der Oberflache fester Teilchen absorbierten chemischen Verbindungen sind. EinBeispiel dafur ware:

ClONO2 +HCl(Teilchen) 7−→ Cl2 +HNO3 (24)

ClONO2 +H2O(Eis) 7−→ HOCl +HNO3 (25)

Durch Sonneneinstrahlung werden die entstandenen Molekule weiter aufgespalten

Cl2 + hν 7−→ 2Cl (26)

HOCl + hν 7−→ Cl +OH, λ < 513nm (27)

Das so entstandene Chlor kann uber verschiedene Wege wie z.B.

ClO +HO2 7−→ HOCl +O2 (28)

HOCl + hν 7−→ Cl +OH, λ < 513nm (29)

Cl +O3 7−→ ClO +O2 (30)

OH +O3 7−→ HO2 +O2 (31)

In der Summe: 2O3 7−→ 3O2

zum Ozon Abbau fuhren [1]. Bromhaltige Verbindungen konnen in gleicher Weiseam Ozonabbau beteiligt sein.

Durch das Abkuhlen der Stratosphare konnen sich dunne Wolken aus Eiskristallenbilden, in denen Reaktionen wie eben beschrieben verstarkt stattfinden konnen undOzon zerstort wird. Ein extremes Beispiel dafur ist das Ozonloch uber der Antarktis.

Im Winter entwickelt sich ein Wirbel welche die Polare Stratosphare isoliert. Wenndie Temperatur unter -78◦C fallt bilden sich die bereits erwahnten Wolken aus Eis,Salpetersaure (HNO3) und Schwefelsaure. Auf den Oberflachen der Eiskristalle wer-den uber chemische Reaktionen aktive Formen der FCKWs frei, welche das Ozonzerstoren [5]. Im Fruhling beginnt die Temperatur wieder zu steigen, die Wolkenbil-dung nimmt ab und die Ozonschicht beginnt sich wieder zu regenerieren.

Wie in Abb. 24 zu sehen ist gibt es einen engen Zusammenhang zwischen der Tempe-ratur und dem Ozongehalt. Im Gegensatz zum ersten Effekt, der Abkuhlung, wirktdieser also seiner Ursache nicht entgegen, sondern verstarkt sie sogar. Dies fuhrteinige Wissenschaftler dazu zu glauben, dass die Regeneration der Ozonschicht umeiniges langer dauern wird, als bisher angenommen.

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Abbildung 23: Satellitenbild des Ozonlochs uber der Antarktis am 21 September2009 [6]

Abbildung 24: Der Graph zeigt das gesamte Ozon und die stratospharische Tempe-ratur uber der Antarktis. Er zeigt eine Verbindung zwischen der Temperatur unddem Ozongehalt. Bei niedrigen Temperaturen entstehen mehr Polare Wolken, wel-che eine großere Ozonzerstorung zur Folge haben. Der Graph basiert auf den Datenvon Paul Newman, NASA GSFC und wurde erstellt von [5]

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4 Einheiten

1 Dobson = 1 D = 1m*atm*cm=2,1415µg*cm−2 = 2,69*1016 Ozon-Molekule proQuadratzentimeter. Entspricht einer 0,001 cm dicken Ozonschicht unter Normalbe-dingungen

1 ppm, parts per million (Teile von Million) steht fur die Zahl 10−6 so wie Prozent(%) fur 10−2 steht1 ppb = parts per billion (Teile von Milliarden) 10−9

1 ppt = parts per trillion (Teilchen von Billionen) 10−12

1 PgC = 1 Petagramm C = 1*1015g Kohlenstoff

GWP: Global Warming Potential (Treibhauspotenzial) gibt an wie stark eine Mengean Treibhausgas zum Treibhauseffekt beitragt. Bezugsgas hierfur ist Kohlendioxid.Deshalb wird GWP auch als CO2-Aquivalent bezeichnet

5 Quellen

Literatur

[1] M. R. Schoeberl, Ozone and Stratospheric Chemistry Ch. 7,http://eospso.gsfc.nasa.gov/science plan/Ch7.pdf, 10.09.09

[2] U. Feister, Ozon-Sonnenbrille der Erde, BSB B.G. Teibner Verlagsgesell-schaft, 1 Auflage, 1990

[3] C.D. Schonwiese: Klimatologie. Ulmer Verlag, Stuttgart 2003

[4] University of Colorado: http://cires.colorado.edu/jimenez/AtmChem/CHEM-5151 S05 L7.pdf, 10.09.09

[5] The Ozone Hole: http://www.theozonehole.com/climate.htm, 30.9.09

[6] UNI-Munchen: http://www.cip.physik.uni-muenchen.de/ ja-na.traupel/Materie/MolekueleOnline/Molekuelphysik.pdf, 21.09.09

[7]

[8] ChemgaPedia, FIZ CHEMIE Berlin: http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/3/anc/ir spek/molekuelschwingungen.vlu.html,30.09.09

[9] Perkin Elmer, IR Tutor: Greenhouse Gases Version 1.0 beta

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[10] Global Monitoring Division, http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/index.html#mlo,02.10.09

[11] NOAA ESRL, ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/ccg/co2/trends/co2 gr gl.txt,02.10.09

[12] University of East Angila, http://lgmacweb.env.uea.ac.uk/lequere/co2/carbon budget.htm,03.10.09

[13] American Institute of Physics, http://www.aip.org/pnu/2008/split/862-1.html (Physics News Update Number 862 #1, April 23, 2008 by Phil Sche-we), 10.08.09

[14] Andrea Stenke, Volker Grewe, Martin Dameris und Mi-chael Ponater: Langfristige Veranderungen der stratosphari-schen Wasserdampfkonzentration zwischen 1960 und 2020 -Einfluss auf die Ozonchemie, http://www.meteo.physik.uni-muenchen.de/dkt/abstracts/atmosphaerenchemie/stenke v.pdf, 08.10.09

[15] Bayrisches Landesamt fur Umwelt: UmweltWissen Treibhausgase,http://www.lfu.bayern.de/umweltwissen/doc/uw 66 treibhausgase.pdf,08.10.09

[16] Sharon Anthony, Thomas W. Brauch, Elizabeth J. Longley:http://chemlinks.beloit.edu/warming/, 08.10.09

[17] IUP Bremen: http://www.iup.uni-bremen.de/gruppen/molspec/index.html22.09.09

[18] Max-Planck-Institit fur Chemie: http://www.atmosphere.mpg.de/enid/15bb6845169953102ef8ea925f5adadb,0/Spectra/Catalogue 5p4.html,23.09.09

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