Troposphärische Photochemie und Oxidation

Wie Sonnenlicht die Produktion reaktiver Radikale antreibt, die Spurengase in der gesamten unteren Atmosphäre oxidieren und entfernen.

Definition

Troposphärische Photochemie und Oxidation ist die Gesamtheit der durch Sonnenlicht angetriebenen Radikalreaktionen, die die chemische Entfernung von Spurengasen in der unteren Atmosphäre initiieren und vorantreiben.

Scope

Behandelt Photolysereaktionen, die Radikale erzeugen, die Produktion des Hydroxylradikals aus Ozonphotolyse und Wasserdampf, die Oxidationsketten von Methan und Kohlenmonoxid, den Kreislauf von Hydroperoxy- und organischen Peroxyradikalen sowie das Konzept der selbstreinigenden Oxidationskapazität der Atmosphäre.

Core questions

• Wie wird das Hydroxylradikal in der Troposphäre produziert?
• Warum ist das Hydroxylradikal trotz seiner geringen Konzentration das dominierende Oxidationsmittel?
• Wie steuern Radikalketten die Lebensdauern von Methan und Kohlenmonoxid?

Key theories

Hydroxyl-getriebene Oxidationsketten

Die Photolyse von Ozon liefert angeregte Sauerstoffatome, die mit Wasserdampf reagieren und das Hydroxylradikal bilden, welches Radikalketten initiiert, die die meisten Spurengase oxidieren.

Mechanisms

Ultraviolettes Sonnenlicht photolysiert Ozon, um angeregten atomaren Sauerstoff zu erzeugen, wovon ein Teil mit Wasserdampf reagiert, um zwei Hydroxylradikale zu bilden. Hydroxyl reagiert schnell mit Kohlenmonoxid, Methan und flüchtigen organischen Verbindungen und erzeugt Hydroperoxy- und organische Peroxyradikale, die mit Stickstoffmonoxid reagieren und Hydroxyl recyceln, wodurch die Oxidationskette aufrechterhalten wird. Die stationäre Hydroxylkonzentration, obwohl nur etwa eine Million Moleküle pro Kubikzentimeter, bestimmt die atmosphärischen Lebensdauern der meisten reaktiven Spurengase.

Clinical relevance

Die Oxidationskapazität des Hydroxylradikals bestimmt, wie lange Schadstoffe und Treibhausgase wie Methan bestehen bleiben, was eine Schlüsselkontrolle für die Luftqualität und das Klima darstellt.

History

Hiram Levys Berechnung aus dem Jahr 1971, dass die saubere Troposphäre erhebliche Hydroxylradikalkonzentrationen aufrechterhält, aufbauend auf Erkenntnissen von Crutzen und anderen, etablierte das moderne Verständnis der Oxidationskapazität der Atmosphäre.

Key figures

• Hiram Levy
• Paul Crutzen

Seminal works

• levy1971
• seinfeldPandis2016

Frequently asked questions

Warum wird das Hydroxylradikal als „Waschmittel der Atmosphäre“ bezeichnet?

Weil es mit fast allen reaktiven Spurengasen reagiert und deren Abbau initiiert, wodurch die Atmosphäre trotz seiner nur in Spuren vorhandenen Menge von Schadstoffen gereinigt wird.