OZON Nina Harsch Blockseminar Luft Luftbelastungen Umweltschutz Westflische

OZON Nina Harsch Blockseminar „Luft, Luftbelastungen, Umweltschutz“ Westfälische Wilhelms-Universität Münster SS 2009

Inhalt • Atmosphäre • Spurengase • Stratosphärisches Ozon • Troposphärisches Ozon • Ozonkreislauf: natürlich & gestört • Limitation & Sensitivität • Ozonmesstechnik SS 2009 Ozon 2

Die Atmosphäre: „atmós“ Dampf, Dunst „sphaira„ Kugel Gasförmige Hülle um einen Himmelskörper. • vom Schwerefeld des Himmelskörpers festgehalten • an der Oberfläche des Himmelskörpers am Dichtesten SS 2009 Ozon 3

http: //www. ubz-stmk. at/luft 1/graphiken/schichtung_der_atmosphaere. jpg SS 2009 Ozon 4

Die Atmosphäre Zusammensetzung • 78 % N 2 • 21 % O 2 • 0, 9 % Ar • 0, 03 % CO 2 SS 2009 Ozon 5

Spurengase Gas CO Quelle + Oxidation von CH 4 O 3 Senke Lebensdauer CO + OH∙ CO 2 + H∙ 40 - 10. 000 ppb NO + O 3 NO 2 + O 2 10 - 120 ppb NOx NH 3 SS 2009 Mischungs. Verhältnis 0 - 100 ppb Partikelbildung 0 - 5 ppb Ozon Sonstiges immer > 40 ppb, da immer CH 4 vorhanden klimawirksam (THE) Ozonkreislauf Þ NOx sind O 3 -Senke und -Quelle v. a. NO 2 ist stark toxisch kann ganze Wälder zerstören sehr gut wasserlöslich + stark an Partikelbildung beteiligt => schnelle Entfernung aus der Atmosphäre 6

Spurengase Gas Quelle Mischungs. Verhältnis Sonstiges 0 - 5 ppb reagiert mit H 2 O 2, O 3, OH∙, O 2 => schnelle Entfernung aus der Atmosphäre 0 - 4 ppb sehr gut wasserlöslich => schnelle Entfernung aus der Atmosphäre Reaktionen einige ppt extrem reaktiv (“Waschmittel der Atmosphäre”) Reaktionen einige 10 er ppt extrem reaktiv variabel u. a. VOCs (flüchtige organ. Verbindungen); sehr klimawirksam Senke Lebensdauer SO 2 HNO 3 Oxidation von NO 2 OH∙ HO 2∙ Reaktionen Cm Hn SS 2009 Partikelbildung, Reaktion mit O 3 Ozon 7

Ozon 10 - 120 ppb, farblos, stechender Geruch a) Stratosphärisch: natürlich, UV-Schutz b) Troposphärisch: anthropogen, toxisch, THE EU-Richtwerte: • bis 110 µg/m 3 keine Gefahr • ab 180 µg/m 3 Unterrichtung der Bevölkerung • ab 200 µg/m 3 Symptome • ab 360 µg/m 3 Gefahrenwarnung SS 2009 Ozon 8

http: //idwonline. de/pages/de/newsimage? id=68037&siz e=screen 9 Ozon SS 2009 http: //www. schule. bremen. de/schulen/szobraun/umwelt_ entwicklg/ozonloch_entst. gif http: //www. thomasmusolf. de/fuer_schueler_und_eltern/Ch emie/Klasse%2010%20 Kohlenstoffchemie/pictures/ozonlo ch. JPG http: //www. stromberggymnasium. de/ags/seminarkurs_03_04/abschluss/ Maxie/index 29. gif Stratosphäre: Ozonloch

http: //209. 85. 229. 132/search? q=cache: RJb. Ja. S 8 PYl 0 J: www. umwel t. nrw. de/umwelt/luftqualitaet/ozon/bodennah. php+ppb+ozon+in+de r+stratosph%C 3%A 4 re&cd=4&hl=de&ct=clnk&client=firefox-a http: //veimages. gsfc. nasa. gov/15662/toms_indonesia_smog_lrg. jpg Troposphäre: Ozonüberschuss • Tag: O 3 -Produktion, Nacht: O 3 -Abbau • Land: häufig höhere Konzentrationen als Stadt • Sommer: z. T. weiträumiger Ozonsmog 10 Ozon SS 2009

Natürlicher Ozonkreislauf Stratosphäre: Chapman-Zyklus O 3 320 nm O 2 + O* O 2 240 nm 2 O* Troposphäre: ohne NOx & VOC (1) O 3 O 2 + O* ; O* + H 2 O 2 OH∙ (2) OH∙ + CO + O 2 HO 2 + CO 2 (3) OH∙ + CH 4 . . . CH 2 O (4) CH 2 O H* + HCO∙ 2 HO 2 + CO (6) HO 2 + O 3 2 O 2 + OH∙ SS 2009 Ozon 11

Gestörter Ozonkreislauf Troposphäre mit NOx & VOC (7) NOx-Kreislauf: NO + O 3 λ NO 2 + O 2 λ NO + O* + O 3 Bei zu viel NO 2: (8) NO 2 + OH∙ NO + HO 2 (9) NO 2 -Bildung durch VOCs: (10) VOC + OH∙ RO 2∙ (11) RO 2∙ + NO RO∙ + NO 2 Saurer Regen: (12) NO 2 + OH∙ HNO 3↓ SS 2009 Ozon 12

http: //209. 85. 229. 132/search? q=cache: RJb. Ja. S 8 PYl 0 J: www. umwelt. nrw. de/umwelt/luftqualitaet/ozon/bodennah. php+ppb+ozon+in+der+stratosph%C 3%A 4 re&cd=4&hl=de&ct=clnk&client=firefox-a SS 2009 Ozon 13

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Ozonmesstechnik Messgeräte Messgrößen MLU 400 Lokale O 3 -Konzentration Dobson-Spektrometer Globale O 3 -Konzentration SS 2009 Ozon 16

MLU 400 • Lokale O 3 -Konzentration • Messprinzip: O 3 absorbiert λ = 254 nm Transmissionsvergleich ozonfreie Luft vs. Probe Lambert-Beer-Gleichung: Transmission ergibt O 3 -Konzentration SS 2009 Ozon 17

Dobson-Spektrometer • Globale O 3 -Konzentration • Maßeinheit: Dobson-Units (DU) • Messprinzip: Verhältnis UVC (absorbiert) / UVA (nicht absorbiert) 1. ) UV-Strahlungsmessung in 2 -6 verschiedenen λ 2. ) Auswahl Wellenlängenpaar: λUVC = hohe Absorption (z. B. 305 nm) λUVA = geringe Absorption (z. B. 325 nm) 3. ) Intensität (λUVC) / Intensität (λUVA) ergibt c (O 3) SS 2009 Ozon 18

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! SS 2009 Ozon