Haben wir das Ozonloch jetzt im Griff?

Transkript

1 Haben wir das Ozonloch jetzt im Griff? Peter Braesicke Fügen Sie auf der Masterfolie ein frei wählbares Bild ein (z.b. passend zum Vortrag) KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Das Ozonloch Wo tritt es auf: Über der Antarktis (in der Stratosphäre) Wann tritt es auf: Im Frühling der Südhemisphäre Warum tritt es auf: Vom Menschen verursacht durch die Benutzung von halogenhaltigen Treibgasen und Kältemitteln 2

3 Stockwerke der Atmosphäre 3

4 Was ist Ozon? Atomarer Sauerstoff Molekularer Sauerstoff (21% der atmosphärischen Gase) Dreiatomiger Sauerstoff: Ozon Ozon (gr. οζειν ozein riechen ): Christian Friedrich Schönbein (* 18. Oktober 1799 in Metzingen; 29. August 1868 in Baden-Baden) war ein deutschschweizerischer Chemiker und Physiker. Er ist Entdecker des Ozons (1839), des Prinzips der Brennstoffzelle (1838) und der Schießbaumwolle (1846). 4

5 Wo ist Ozon? Stratosphärisches Ozon: Das gute Ozon; es schützt uns vor UV Strahlung. Troposphärisches Ozon: Das schlechte Ozon; es ist Teil der menschgemachten Luft-verschmutzung und reizt Atemwege. 5

6 Warum ist stratosphärisches Ozon wichtig? UV-A: nm UV-B: nm UV-B: schädlich für biologische Systeme; z.b. Hautkrebs, Augen, Schwächung des Imunsystems. 1 nm = m 6

7 Wie messen wir Ozon? Ozon wird gemessen: 1) Mit Bodeninstrumenten 2) Mit Ballonsonden 3) Mit Lidars (Boden & Flugzeugen) 4) Mit Satelliteninstrumenten Messprinzipien: 1) Sonnenlicht (oder Laser) 2) Mikrowellenemission 3) Chemische Reaktionen 7

8 ENVISAT (KA: MIPAS) 8

9 MIPAS Ballon MIPAS: Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding 9

10 Nächste Generation: GLORIA Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere (GLORIA) Eine Entwicklung des KIT und des FZK 10

11 Wie entsteht Ozon in der Stratosphäre? Chapman Zyklus: Aus drei Sauerstoffmolekülen entstehen zwei Ozonmoleküle; dazu wird UV Licht benötigt. 1) UV Licht bricht Sauerstoffmoleküle auf 2) Atomarer und molekularer Sauerstoff kollidieren und bilden Ozon 11

12 Wie ist stratosphärisches Ozon verteilt? Spring: Frühling Fall (autumn): Herbst 100 DU entspricht 1 mm Ozonsäule 12

13 Ein komplexes System mit Umverteilung und wir sind mittendrin! 13

14 Dobson Menschliche Neugierde 14

15 Wo ist das Problem? Nature, 1985 Joseph Charles Farman CBE (7 August May 2013) 15

16 Problem bestätigt! SH Ozon Loch (<220 DU) Stolarski et al., Nature, 1986 Richard Stolarski 16

17 Was verursacht das Loch? Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), chemische Nomenklatur nach IUPAC: Chlorfluorkohlenwasserstoffe (CFKW), sind eine umfangreiche chemische Gruppe niedermolekularer organischer Verbindungen, die als Treibgase, Kältemittel oder Lösemittel verwendet werden. FCKW sind Kohlenwasserstoffe, bei denen Wasserstoffatome durch die Halogene Chlor und Fluor ersetzt wurden, sie sind eine Untergruppe der Halogenkohlenwasserstoffe. 17

18 Was verursacht das Loch? SH Ozon Loch (<220 DU) Produktionsstopp: 1. Januar 1996 CCl 3 F Stolarski et al., Nature, 1986 Montreal-Protokoll: Verabschiedet: 16. September 1987 In Kraft getreten: 1. Januar 1989 Trichlorfluormethan ist ein FCKW und wird als Kältemittel verwendet. Da es wie alle FCKW als Ozonschicht-zerstörend eingestuft wird, wird es heute mehr und mehr durch umweltfreundlichere Stoffe ersetzt. Bei Kontakt mit Flammen oder heißen Gegenständen zersetzt es sich und bildet dabei sehr toxische und korrosive Dämpfe (Chlor, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff). Mit Metallen wie Aluminium, Barium, Calcium, Magnesium und Natrium erfolgt eine heftige Reaktion. 18

19 Verständnis der Luftchemie 19

20 Verfügbares Chlor Wo ist das Chlor? Wir produzieren: CFCs HCFCs Carbon Tet. Die Natur bildet: Chlorwasserstoff (systematisch auch als Wasserstoffchlorid oder Hydrogenchlorid bezeichnet) ist ein farbloses, stechend riechendes Gas, das sich sehr leicht in Wasser löst. Wässrige Lösungen von Chlorwasserstoff werden Salzsäure oder Chlorwasserstoffsäure genannt. Chlorwasserstoff ist eine sehr starke Säure. Die Summenformel lautet HCl. 20

21 Vor dem Ozonloch 21

22 Polare Stratosphären-Wolken (PSCs) Wo ist eine PSC? PSC Wolken bestehen aus Teilchen, die aus Wasser und HNO 3 (Salpetersäure) gebildet werden. Salpetersäure (nach der Nomenklatur der IUPAC Hydrogennitrat genannt) ist die bekannteste und stabilste Sauerstoffsäure des Stickstoffs. Der Name leitet sich vom Salpeter ab, aus dem sie durch Zugabe einer stärkeren Säure (Schwefelsäure) gewonnen werden kann. 22

23 Das Ozonloch 23

24 Ozonzerstörung Wirkungskette: FCKWs werden freigesetzt Photolyse trennt Chlor Atom ab HCl und ClONO2 werden gebildet (Gas) Tiefe Temperaturen: PSCs werden gebildet (Oberfläche!) Aus HCl und ClONO2 wird ClO gebildet (Oberfläche/Gas) ClO baut katalytisch Ozon ab (schnell!) Ozonloch! 24

25 Antarktisches Ozon im Oktober 25

26 Das Montreal-Protokoll Das Montrealer Protokoll über Stoffe, die zu einem Abbau der Ozonschicht führen, ist ein multilaterales Umweltabkommen und damit ein völkerrechtlich verbindlicher Vertrag des Umweltrechts. Es wurde am 16. September 1987 von den Vertragsparteien des Wiener Übereinkommens zum Schutz der Ozonschicht angenommen und ist eine Konkretisierung dieses Abkommens. Es trat am 1. Januar 1989 in Kraft. Die Staaten bekennen sich im Montrealer Protokoll zu ihrer Verpflichtung, geeignete Maßnahmen zu treffen, um die menschliche Gesundheit und die Umwelt vor schädlichen Auswirkungen zu schützen, die durch menschliche Tätigkeiten, welche die Ozonschicht verändern, wahrscheinlich verändern, verursacht werden oder wahrscheinlich verursacht werden (Präambel). 197 Ratifizierungen, inklusive Vatikan und EU 26

27 Ozon (ESA Ozone_CCI) Christophe Lerot, BIRA 27

28 Ozonzerstörung über der Antarktis 28

29 Und die Arktis? 29

30 Warum die Antarktis? 30

31 Arktisches Ozon im März 31

32 In welchen Höhen findet Ozonabbau statt? 32

33 War es wirklich der Mensch? Die statistische Antwort Die Modell Antwort 33

34 Modellierung der Atmosphäre LSDF IC II 34 Peter Braesicke Formalisierte Institutsbesichtigung

35 Blick in die Zukunft 35

36 Ozon (ESA Ozone_CCI) Christophe Lerot, BIRA 36

37 Mehr Informationen? Und ein Dankeschön an die Autoren des Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2010 Update Dokuments aus dem einige der Abbildungen stammen! 37

38 Peter Braesicke Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! FRAGEN? A GREAT WIND IS BLOWING, AND THAT GIVES YOU EITHER IMAGINATION OR A HEADACHE. CATHERINE II OF RUSSIA ( ) 38