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Das Ozonloch und seine Dynamik in den letzten Jahrzehnten Einleitung Ozon (O3) ist die dreiatomige Form von Sauerstoff (O2). Es wurde im Jahre 1840 von Christian Friedrich Schönbein entdeckt und wegen seinem Geruch mit dem griechischen Wort für „riechen“ – ozein – benannt. Als die Erde vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren entstanden ist, betrug die Temperatur auf der Oberfläche 800° C. Die Erdatmosphäre war undurchsichtig und bestand hauptsächlich aus Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf. Die Entfernung zur Sonne führte schließlich dazu, dass die Erde so weit abkühlen konnte um Wasser kondensieren zu lassen und somit die Atmosphäre heller werden konnte. Eine Milliarde Jahre später rangen Sonnenstrahlen bis zur Oberfläche vor, die noch von einem Ozean bedeckt war. Im Wasser konnten die ersten Organismen entstehen, da sie da vor der Sonnenstrahlung geschützt waren. Unter der Wirkung der UV-Strahlung wurden Wassermoleküle zerbrochen ebenso wie das Kohlendioxid. Auf diese Weise wurden Sauerstoffatome freigesetzt, welche sich zu O2 und O3 bilden konnten. Dadurch veränderte sich die Atmosphäre, denn das Ozon absorbierte die UV-Strahlung, woraufhin nicht mehr so viel auf die Erdoberfläche vordringen konnte. Durch diesen Schutz vor der Strahlung begann sich das Leben auch auf dem Land zu verbreiten.
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• Click on download to get complete and readable text • This is a free of charge document sharing network • First upload your own document, and you get a word document per email • No registration necessary, gratis Swap homeworks and notes at no charge! Gratis scripts for students and pupils! Für unser Seminar ist allerdings nur das stratosphärische Ozon von Bedeutung. Das Ozon ist nicht gleichmäßig in der Atmosphäre verteilt, 90% davon befinden sich in der Stratosphäre und nur 10% in der Troposphäre. Das Maximum der Konzentration an Ozon liegt in einer Höhe zwischen 15 und 30 km. Seit Beginn der achtziger hat die Konzentration von Ozon in der Stratosphäre bedenklich abgenommen. Besonders deutlich ist die Ozonabnahme in der Antarktis vor allem im Südfrühjahr. Temporär nimmt dort die natürliche Ozonkonzentration in der Stratosphäre fast um die Hälfte ab. Dieser Schwund über der Antarktis wird als Ozonloch bezeichnet. Auf die Gründe der Abnahme kommen wir später noch zu sprechen. Fragen und Hypothesen: Sind FCKWs wirklich Ozonzerstörer? Wenn ja, gibt es noch andere? Der Ozonabbau ist überwiegend im Frühjahr (Okt. Nov.). Gibt es Nord-Süd-Unterschied, wenn ja warum? UV-Strahlung erhöht sich auf der Erdoberfläche. Was sind die Konsequenzen? 1. Ozonchemie: Das Ozon ist ein Gas, welches auf photochemischen Weg erzeugt wird, dies bedeutet, dass es durch die Bestrahlung von Sauerstoff mit kurzwelligem Licht entsteht.
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• Click on download to get complete and readable text • This is a free of charge document sharing network • First upload your own document, and you get a word document per email • No registration necessary, gratis Swap homeworks and notes at no charge! Gratis scripts for students and pupils! Dieser Stoßpartner wird in der Literatur meist mit „M“ bezeichnet, dabei handelt es sich um N2 (Stickstoff) oder O2 (Sauerstoff). Bei der Strahlungsabsorption entsteht Wärme, die zur Erwärmung der Stratosphäre führt. Da die Verbindung zwischen dem Sauerstoffmolekül und dem dritten Sauerstoffatom nicht allzu fest ist und durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre wieder getrennt werden kann, entsteht ein Sauerstoffmolekül und ein Sauerstoffatom, wobei das Sauerstoffatom mit einem O3 reagiert und zwei Sauerstoffmoleküle bildet. Dieser Zerfall ist der natürliche und sorgt für ein relatives Gleichgewicht der Ozonkonzentration in der Stratosphäre. Chapman’s Theorie, welche in Abb.2 ersichtlich ist, hat sich in der Praxis als nicht richtig herausgestellt, da seine Berechnungen nicht mit den gemessenen Profilen übereinstimmten. Der Grund hierfür waren Katalysatoren, welche im nächsten Kapitel beschrieben werden. Grafiken wurden automatisiert entfernt 2. Katalytischer Abbau des Stratosphärischen Ozon: Im Gegensatz zum natürlichen Zerfall gibt es auch einen Abbau des Ozon, der aufgrund von Katalysatoren- das ist ein Stoff, der Reaktionen beschleunigt oder ermöglicht, ohne selbst dabei verbraucht zu werden- zustande kommt. Hierfür geeignete Katalysatoren, auch Radikale genannt, da sie eine besondere Reaktionsbereitschaft aufweisen, sind vor allem Chlor und Stickoxide (wobei diese auch Ozon erzeugend wirken können).
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• Click on download to get complete and readable text • This is a free of charge document sharing network • First upload your own document, and you get a word document per email • No registration necessary, gratis Swap homeworks and notes at no charge! Gratis scripts for students and pupils! Nun zu der Reaktionsgleichung. Bezeichnet man die Radikale mit X, so ergibt sich die Gleichung: X + O3 à XO + O2 XO + O à X +O2 Daraus folgt O3 + O à O2 + O2 Anhand der Gleichung kann man erkennen, dass die Radikale nicht in der Reaktion gebunden werden und immer weiter O3 abbauen können. Diese Radikale entstehen in der Troposphäre und gehen dort keine Verbindungen ein. Erst in der Stratosphäre, wo sie durch UV-Strahlung gespalten werden, können sie mit anderen reagieren. Werden Radikale dann schließlich gebunden, so gelangen sie entweder in dieser Verbindung in die Troposphäre zurück, wo sie vom Niederschlag ausgewaschen werden, oder nach einer gewissen Aufenthaltszeit wieder als Radikal das Ozon angreifen. FCKWs Wie bereits angesprochen, hat der Mensch das Gleichgewicht des Ozons in der Stratosphäre gestört. Verantwortlich hierfür sind vor allem die FCKWs, Flourchlorkohlenwasserstoffe, die vor etwa 80 Jahren erfunden und aufgrund ihrer Fähigkeit, keine Verbindungen mit anderen Stoffen einzugehen sowie der Tatsache, dass sie ungiftig sind, in Spraydosen, Kühlschränken und Schaumstoffen verwendet wurden.
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• Click on download to get complete and readable text • This is a free of charge document sharing network • First upload your own document, and you get a word document per email • No registration necessary, gratis Swap homeworks and notes at no charge! Gratis scripts for students and pupils! Grafiken wurden automatisiert entfernt Abb. 3: Jährliche globale Injektionsraten von FCKWs Diese Abbildung zeigt die Zunahme der FCKWs seit den 1920ern, zusammengezählt sind diese über 2 Mio. Tonnen pro Jahr. Da diese alle anthropogener Herkunft sind, stiegen die Anteile an Cl und Br in der Atmosphäre deutlich an. (Fabian, 1995) Um die Ausdehnung des Ozonloches zu stoppen wurde 1987 das Protokoll von Montreal beschlossen und 1989 in Kraft getreten. Damals beschloss man die Produktion der gefährlichen FCKWs ab 1996 zu verbieten. Inzwischen wurde der Vertrag in 191 Ländern ratifiziert. Es existieren allerdings noch etliche Altlasten. Alte Kühlschränke und Klimaanlagen dünsten nach wie vor FCKWs aus. Bis die Chemikalien zerfallen, werden Jahrzehnte vergehen. 3. Die Wirkung des Ozon: Die Strahlung der Sonne, welche vom Ozon absorbiert wird, besteht aus drei Bereichen, dem langwelligen Infrarot, dem sichtbaren Licht zwischen 400 bis 600 nm und dem kurzwelligen Ultraviolett. Den Boden können nur Strahlen über 290 nm erreichen, darunter wird alles von der Atmosphäre abgeschirmt. Dieser Bereich ist das UV-C und schädlich für die Umwelt. Weiters wird die UV-Strahlung noch in UV-B im Bereich von 280-315 nm und UV-A (315-400 nm) eingeteilt. Diese ist wesentlich energiereicher als das sichtbare Licht, daher begünstigt es viele Reaktionen, wie eben die Ozonerzeugung. (Riederer, 2004, S 15-18) | ||||||||||||
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