Im Laufe von Millionen von Jahren hat sich eine weitgehend konstante Zusammensetzung der Erdatmosphäre eingestellt. Mit der einsetzenden Industrialisierung im letzten Jahrhundert griff der Mensch in dieses natürliche Gleichgewicht ein:
Störung des Strahlungshaushaltes der Erde
Durch die Strahlung der Sonne erwärmt sich die Erde. Etwa 70 % der aufgenommenen Energie wird von der Erdoberfläche wieder als Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) in Richtung Weltall abgegeben. Diese Infrarotstrahlung wird wiederum zu einem Teil durch Wolken, Wasser, Kohlendioxid und verschiedene chemische Verbindungen absorbiert und trägt zu einer Steigerung der mittleren Temperatur der Erdoberfläche bei. Ohne diesen "natürlichen Treibhauseffekt" läge die Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche bei etwa -18 °C an Stelle der tatsächlichen + 15 °C.
Aufgrund der Eingriffe des Menschen wird die Strahlungsbilanz gestört. In Folge der Verbrennung fossiler Brennstoffe steigt der Anteil des Spurengases Kohlendioxid (CO2). Durch die intensive Viehhaltung und den extensiven Reisanbau werden große Mengen Methan (CH4) freigesetzt. FCKW´s (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) und andere langlebige infrarot-aktive Verbindungen sammeln sich in der Atmosphäre. Diese zusätzliche Absorption der Wärmestrahlung führt zu einem Anstieg der mittleren Temperatur auf der Erde, der unter dem Schlagwort Treibhauseffekt bekannt ist.
Störung der chemischen Zusammensetzung der Erdatmosphäre
Als Folge von FCKW-Emissionen wird durch komplizierte chemische Prozesse in der Stratosphäre zusätzliches Ozon abgebaut. Dies führt über der Antarktis im Oktober unter bestimmten meteorologischen Bedingungen zur Ausbildung des sogenannten Ozonlochs.
Durch das Zusammenwirken von Verbrennungsrückständen fossiler Brennstoffe (z.B. Kraftfahrzeugverkehr) mit Sonnenlicht werden in den bodennahen Schichten Ozon und andere oxidierende Substanzen gebildet. Diese Erscheinung wird als Photosmog bezeichnet.
Während uns das Ozon in der Stratosphäre vor der UV-Strahlung der Sonne schützt, schadet es in der unteren Troposphäre allen lebenden Organismen aufgrund seiner Giftigkeit!
Was kann man dagegen unternehmen?
Will man die Auswirkungen der anthropogenen Emission chemischer Verbindungen verstehen und zuk¨nftige Entwicklungen vorhersagen, so muß man die Abbauwege und -geschwindigkeiten solcher Substanzen in der Atmosphäre kennen. Prinzipiell gibt es fünf verschiedene Möglichkeiten, wie eine Verbindung aus der Atmosphäre entfernt werden kann:
Reaktionen mit reaktiven Substanzen in der Gasphase (z.B. mit OH, Cl, O3)
Reaktionen in der flüssigen Phase (in Wassertröpfchen, Aerosolen)
photolytische Zersetzung (Bestrahlung mit Sonnenlicht)
heterogene Reaktionen (Reaktionen an Oberflächen)
trockene und nasse Deposition (Ausregnen, Adsorption am Erdboden).
Derartige Prozesse werden in unserer Arbeitsgruppe in temperierbaren Photoreaktoren mit verschiedenen analytischen Methoden untersucht.
Als Ergebnisse solcher Experimente erhält man:
UV-Spektren von Zwischenprodukten des atmosphärischen Abbaus; aus ihnen kann man photolytische Lebensdauern berechnen
Geschwindigkeitskonstanten für einzelne Elementarreaktionen
Produktverteilungen für einzelne Reaktionsschritte
Informationen über neue Produktmoleküle, über die noch nichts oder wenig bekannt ist.
Zur Zeit werden von uns zwei größere Projekte bearbeitet, die vom BMBF bzw. der Europäischen Union finanziell gefördert werden. Mailadresse: f.zabel@ipc.uni-stuttgart.de
