OZON

Nina Harsch

Blockseminar „Luft, Luftbelastungen, Umweltschutz“

Westfälische Wilhelms-Universität Münster

SS 2009

• Atmosphäre

• Spurengase

• Stratosphärisches Ozon

• Troposphärisches Ozon

• Ozonkreislauf: natürlich & gestört

• Limitation & Sensitivität

• Ozonmesstechnik

SS 2009 2Ozon

Inhalt

Atmosphäre:

„atmós“ Dampf, Dunst

„sphaira„ Kugel

Gasförmige Hülle um einen Himmelskörper. • vom Schwerefeld des Himmelskörpers

festgehalten• an der Oberfläche des Himmelskörpers am

Dichtesten

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Die Atmosphäre

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http://www.ubz-stmk.at/luft1/graphiken/schichtung_der_atmosphaere.jpg

Zusammensetzung

• 78 % N2

• 21 % O2

• 0,9 % Ar

• 0,03 % CO2

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Die Atmosphäre

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SpurengaseGas Quelle Senke Lebensdauer

Mischungs-Verhältnis

Sonstiges

CO + Oxidation von CH4

CO + OH∙ CO2 + H∙ 40 - 10.000 ppb

immer > 40 ppb, da immer CH4 vorhanden

O3NO + O3

NO2 + O2

10 - 120 ppb

klimawirksam (THE)Ozonkreislauf

Þ NOx sind O3-Senke und -Quelle

NOx 0 - 100 ppb

v.a. NO2 ist stark toxisch kann ganze Wälder zerstören

NH3 Partikelbildung 0 - 5 ppb

sehr gut wasserlöslich + stark an Partikelbildung

beteiligt => schnelle Entfernung aus der

Atmosphäre

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SpurengaseGas Quelle Senke Lebensdauer

Mischungs-Verhältnis

Sonstiges

SO2 0 - 5 ppb

reagiert mit H2O2, O3, OH∙, O2

=> schnelle Entfernung aus der Atmosphäre

HNO3Oxidation von NO2

Partikel 0 - 4 ppbsehr gut wasserlöslich

=> schnelle Entfernung aus der Atmosphäre

OH∙ Reaktionen einige pptextrem reaktiv

(“Waschmittel der Atmosphäre”)

HO2∙ Reaktionen Reaktionen einige 10er ppt extrem reaktiv

CmHnPartikelbildung, Reaktion mit O3

variabelu.a. VOCs (flüchtige

organ.Verbindungen);sehr klimawirksam

10 - 120 ppb, farblos, stechender Geruch

a) Stratosphärisch: natürlich, UV-Schutz

b) Troposphärisch: anthropogen, toxisch, THE

EU-Richtwerte: • bis 110 µg/m3 keine Gefahr• ab 180 µg/m3 Unterrichtung der Bevölkerung• ab 200 µg/m3 Symptome• ab 360 µg/m3 Gefahrenwarnung

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Ozon

SS 2009 9Ozon

Stratosphäre: Ozonlochht

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• Tag: O3-Produktion, Nacht: O3-Abbau

• Land: häufig höhere Konzentrationen als Stadt• Sommer: z.T. weiträumiger Ozonsmog

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Troposphäre: Ozonüberschusshttp://209.85.229.132/search?q=

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Stratosphäre: Chapman-Zyklus

O3 320 nm O2 + O*

O2 240 nm

2 O*

Troposphäre: ohne NOx & VOC

(1) O3 O2 + O* ; O* + H2O 2 OH∙

(2) OH∙ + CO + O2 HO2 + CO2

(3) OH∙ + CH4 ...... CH2O

(4) CH2O H* + HCO∙ 2 HO2 + CO

(6) HO2 + O3 2 O2 + OH∙SS 2009 11Ozon

Natürlicher Ozonkreislauf

SS 2009 12Ozon

Gestörter OzonkreislaufTroposphäre mit NOx & VOC

(7) NOx-Kreislauf:

NO + O3 λ NO2 + O2

O2 λ

NO + O* + O3

Bei zu viel NO2:

(8) NO2 + OH∙ NO + HO2 (9)

NO2 -Bildung durch VOCs:

(10) VOC + OH∙ RO2∙

(11) RO2∙ + NO RO∙ + NO2

Saurer Regen:

(12) NO2 + OH∙ HNO3↓

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Ozon

Messgeräte

MLU 400

Dobson-Spektrometer

Messgrößen

Lokale O3-Konzentration

Globale O3-Konzentration

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Ozonmesstechnik

• Lokale O3-Konzentration

• Messprinzip:

O3 absorbiert λ = 254 nm

Transmissionsvergleich ozonfreie Luft vs. Probe

Lambert-Beer-Gleichung:

Transmission ergibt O3-Konzentration

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MLU 400

• Globale O3-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 (O3)

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Dobson-Spektrometer

SS 2009 Ozon

Vielen Dank

für die

Aufmerksamkeit!