Stratosphärische Ozonchemie

Die Chemie des stratosphärischen Ozons erklärt, wie die Ozonschicht entsteht, auf natürliche Weise reguliert und durch katalytische Zyklen unter Beteiligung von Chlor-, Brom- und Stickstoffspezies abgebaut wird.

Definition

Die Photochemie des Ozons in der Stratosphäre, einschließlich seiner Bildung aus molekularem Sauerstoff und seines katalytischen Abbaus durch Spurenradikale.

Scope

Dieses Thema behandelt den Chapman-Mechanismus der Ozonbildung, die katalytischen HOx-, NOx-, ClOx- und BrOx-Zyklen, die Ozon zerstören, die heterogene Chemie auf polaren Stratosphärenwolken, die das Ozonloch erzeugt, sowie die Rolle ozonabbauender Substanzen und deren Regulierung.

Core questions

• Wie wird Ozon in der ungestörten Stratosphäre produziert und abgebaut?
• Warum zerstören Chlor- und Bromradikale Ozon katalytisch?
• Was macht das antarktische Ozonloch saisonal und so schwerwiegend?
• Welche Substanzen dominieren den Ozonabbau, da regulierte Halogenkohlenwasserstoffe zurückgehen?

Key theories

Chapman-Zyklus

Ozon wird durch Photolyse von molekularem Sauerstoff gefolgt von Rekombination gebildet und durch Photolyse und Reaktion mit atomarem Sauerstoff abgebaut, wodurch ein natürliches stationäres Ozonprofil entsteht.

Katalytischer Halogen-Ozonabbau

Aus Halogenkohlenwasserstoffen freigesetzte Chlor- und Bromradikale zerstören Ozon katalytisch, wobei die heterogene Aktivierung auf polaren Stratosphärenwolken das antarktische Ozonloch im Frühling erklärt.

Mechanisms

Katalytische Zyklen regenerieren das zerstörende Radikal, sodass ein kleines Reservoir an Chlor oder Brom viele Ozonmoleküle zerstört. Im polaren Winter wandeln Reaktionen an Wolkenpartikeln inerte Reservoirspezies in photolytisch aktive Formen um, die bei Sonnenaufgang einen raschen ClO-Dimer-Ozonabbau bewirken.

Clinical relevance

Die Chemie hat das Montrealer Protokoll direkt beeinflusst, das die wichtigsten ozonabbauenden Substanzen auslaufen ließ. Da diese Substanzen zurückgehen, ist Distickstoffoxid zur dominierenden verbleibenden ozonabbauenden Emission geworden, was den Ozonschutz mit der Landwirtschafts- und Klimapolitik verknüpft.

History

Crutzen, Molina und Rowland begründeten in den 1970er Jahren die Theorie des katalytischen Abbaus, und die unerwartete Entdeckung des antarktischen Ozonlochs im Jahr 1985 bestätigte und erweiterte diese durch polare heterogene Chemie, wofür sie 1995 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

Key figures

• Sydney Chapman
• Paul J. Crutzen
• Mario J. Molina
• F. Sherwood Rowland

Seminal works

• farman1985
• ravishankara2009
• finlaysonPitts2000

Frequently asked questions

Erholt sich das Ozonloch?

Beobachtungen deuten auf eine allmähliche Erholung nach dem Auslaufen ozonabbauender Substanzen durch das Montrealer Protokoll hin, obwohl eine vollständige Heilung voraussichtlich Jahrzehnte dauern wird.