Das stratosphärische Ozon und spektroskopische Grundlagen

Präsentation zum Thema: "Das stratosphärische Ozon und spektroskopische Grundlagen"—  Präsentation transkript:

1 Das stratosphärische Ozon und spektroskopische Grundlagen

2 Hautrötung, Hautkrebs

3 TOMS

4 Breitengradabh. Strahlg.
Mittel von (berechnet aus O3- Satellitendaten, ohne Wolken und Aerosol) Breitengradabh. Strahlg.

5 Biolog. Wirkung

6 Atmos.Fenster

7 Sigma/sigma O3

8 Libradtran.org Sigma_O3

9 Diss. Hubrich, Univ. Bochum 1979
Sigma CFCs

10 Deuteriumlampe mit MgF2-Fenster
Solar blind Photomultiplier mit MgF2-Fenster Gesamter Lichtweg mit Stickstoff gespült a: Vakuum (0.2 m Seya Namioka) b: N2-gespültes Gerät c: m. SiO2-Linse+Fenster Streulicht (rechte Skala) d: Jobin-Yvon H 20 UV e: =0.5 m Czerny Turner Zetzsch, 1988 Sigma CH3CN, SF6

11 Fabian-Profile

12 (F12) Was ist an dem Bild falsch? Vertikaltransport - Photochemie? CF2Cl2 C3H8 C2H4 (z)

13 Chapman-Profil, Gleichung, tau
Quasistationarität von O und O3, S=Ox Chapman-Profil, Gleichung, tau

14 Emiss. elektron. anger. Zust.

15 Aurora Borealis/Australis (Polarlicht)
Polarlichter vom Boden und vom Satelliten >60°N oder S, aus Solar Proton Events O(1S)  O(1D) + hn (577 nm) (grün, 100 km) O(1D)  O(3P) + hn (630 nm) (rot, 200 km) O2 (b1Sg+)  O2(a1Dg) + hn (762 nm) (rot) N(2D)  N(4S) + hn (520 nm) (blaugrün, 400 km) Kernwaffen-Explosion in 400 km Höhe, USA (1962) Aurora Borealis/Australis (Polarlicht)

16 O2 (a1Dg) Nachtleuchten

17 O2 a Singulett Delta Tagesleuchten

18 Energien, Schwellen O, O2

19 Potentialkurven O2, O-Niv.
Termsymbole: Elektronenspin = 1/2 Spinmultiplizität 2s+1 Bahndrehimpuls L = S l g, u (Symmetriezentrum) +, - (Spiegelebene) Intensität der Absorption unterliegt zwei Ein- schränkungen a) Franck-Condon-Prinzip (konstanter Kernabst.) b) Auswahlregeln: DS=0 DL= ±1 DL=0, ±1 S+ S+ S-  S- g  u Potentialkurven O2, O-Niv.

20 Franck-Condon Prinzip
(konstanter Kernabstand) Franck-Condon Prinzip

21 a O2 O2-Dimere, bzw. N2·O2 O2-und O4-Absorptionen
Finlayson-Pitts Pitts, S. 88

22 O2-Abs-Banden.

23 Schumann-Runge-Banden aufgelöst

24 Schumann-Runge-Banden aufgelöst

25 Harmon., anharm Oszillator
klass. harmon. Oszillator: Schwingungsfrequenz we=2pn = (k/µ)1/2 G(v)=we(v+1/2) Nullpunktsenergie (v=0) Harmonischer Oszillator Parabel anharmon. Oszillator Morse-Funktion G(v)=we(v+1/2) - xewe(v+1/2)2 + yewe (v+1/2) Reihenentwicklung, d.h. Polynom 2.-3. Grades Harmon., anharm Oszillator

26 J‘ B = h/8p²c I I = µr² Trägheitsmoment ist im Nenner:
Hydride haben große Linienabstände Fv(J)= BvJ(J+1) DvJ²(J+1)² +HvJ³(J+1)³ Rot-vib-levels

27 Rotationsniveaus sind 2J+1 fach entartet (Hönl-London-Faktoren f. elektron. Übergänge) HCl-Vib-Rot-IR

28 Spektrum bricht oberhalb v = 9 plötzlich ab
9-4 ist stark, aber 10-5 fehlt Leuchten des Nachthimmels Meinel-Banden von hoch schwingungsangeregtem OH aus der Reaktion H + O3  OH# (v= 9) + O2 (Meinel, 1950) 6 – 0, 7 – 1,..…..9 – 3 5 – 0, 6 – 1,……9 – 4 4 – 0, 5 – 1,……9 – 5 3 – 0, 4 – 1,……9 – 6 2 – 0, 3 – 1,……9 – 7 1 – 0, 2 – 0,… Meinel-Banden

29 DOAS-Spektren Halogenoxide, DOAS

30 V, R, T H2O

31 Jablonski-ISC

32 Sigma O2-Kontinua, Ly alpha

33 Sigma O2 (lambda), abs (z)
↓ Sigma O2 (lambda), abs (z)

34 ? Sigma O2 O3 (lambda)

35 O3-Photolysefrequ

36 Eindring/10 (z)

37 Barom. Höhenf.+ Lambert - Beer

38 ? (Schumann-Runge, Herzberg) (Hartley Band) Z Max. Abs. (lambda)

39 O + O2 + M  O3 + M O-O3(z)

40 O(1D) + O3, CH4, H2O, H2,, N2O k = 2.4, 1.4, 2.2, 1.0, 0.49 (10-10 cm3s-1) O1D (z)

41 CH3Cl CCl4 F12, F11

42 ClO HCl HF

43 ClO (z)

44 ClOx-Kreislauf

45 Formaldehyd als CH4 ist die Abbauprodukt H2O-Quelle von CH4 bildet H2
der Stratosphäre Formaldehyd als Abbauprodukt von CH4 bildet H2 CH4(z), H2(z)

46 Quantum yields H2CO + hn (two pathways) H2+CO H+HCO Formaldehyd als
CH4 ist die H2O-Quelle der Stratosphäre Formaldehyd als Abbauprodukt von CH4 bildet H2 CH2O + hv

47 CH2O + hn  H + HCO (J1) CH2O + hn  H2 + CO (J2) (J1 + J2) t = 2 h ↓
CH2O + hv (z)

48 HOx-Kreislauf

49 k (cm-1 atm-1, 273K) = 3.7x10-20cm2 h CH4-Abs.

50 CH4-Abs., Ly-a Photolyse 1 cm-1 atm-1 (273K)=3.7x10-20cm2
J∞Ly-a=5.5x10-6s-1 (t=2d) a mo d h min CH4-Abs., Ly-a Photolyse

51 CO2-Abs., Ly-a, SRB photol.

52 sLy-a=1.4x10-17cm2 [H2O]= 4-5 ppm H2O-Abs., Ly-a, SRB photol.

53 OH HO2 (z)

54 NO, NO2, N2O5, HNO3

55 a mo d h min Photolyse, Auswahl

56 Photolyse (z)

57 RClO+NO/RClO+ O Ozonverbrauch (z)

58 Sigma N2O

59 N2O ist die Quelle von stratosphärischen Stickstoffverbindungen:
N2O + hn  N2 + O(1D); O3 + hn  O2 (1Dg) + O (1D) N2O + O (1D)  2 NO NO + O3  NO2 + O2 OH + NO2 +M  HNO3 + M NO2 + O3  NO3 + O2 NO2 + NO3 + M  N2O5 + M Lachgas (z)

60 NOx-Kreislauf

61 HOx NOx (aus N2O) (aus CH3Cl und CFK) (O + O2 O3 O3 + hn  O2+ O
und H2) NOx (aus N2O) (aus CH3Cl und CFK) Chapman-HO2-NOx_ClOx

62 O3 (z, t), Brühl/Crutzen

63 COS SO2 H2SO4