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Das stratosphärische Ozon und spektroskopische Grundlagen.

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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 O 3 - Satellitendaten, ohne Wolken und Aerosol)

5 Biolog. Wirkung

6 Atmos.Fenster

7 Sigma/sigma O3

8 Sigma_O3 Libradtran.org

9 Sigma CFCs Diss. Hubrich, Univ. Bochum 1979

10 Sigma CH 3 CN, SF 6 Zetzsch, 1988 a: Vakuum (0.2 m Seya Namioka) b: N 2 -gespültes Gerät c: m. SiO 2 -Linse+Fenster Streulicht (rechte Skala) d: Jobin-Yvon H 20 UV e: =0.5 m Czerny Turner Deuteriumlampe mit MgF 2- Fenster Solar blind Photomultiplier mit MgF 2 -Fenster Gesamter Lichtweg mit Stickstoff gespült

11 Fabian-Profile

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

13 Chapman-Profil, Gleichung, tau Quasistationarität von O und O 3, =O x

14 Emiss. elektron. anger. Zust.

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

16 O 2 (a 1 g Nachtleuchten

17 O2 a Singulett Delta Tagesleuchten

18 Energien, Schwellen O, O2

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

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

21 O2-und O4-Absorptionen a Finlayson-Pitts Pitts, S. 88 O2O2 O 2 -Dimere, bzw. N 2 ·O 2

22 O2-Abs-Banden.

23 Schumann-Runge-Banden aufgelöst

24

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

26 Rot-vib-levels F v (J)= B v J(J+1) -D v J²(J+1)² +H v J³(J+1)³ B = h/8 ²c I I = µr² Trägheitsmoment ist im Nenner: Hydride haben große Linienabstände J

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

28 Meinel-Banden Leuchten des Nachthimmels Meinel-Banden von hoch schwingungsangeregtem OH aus der Reaktion H + O 3 OH # (v= 9) + O 2 (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,… Spektrum bricht oberhalb v = 9 plötzlich ab 9-4 ist stark, aber 10-5 fehlt

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) = 1a

34 Sigma O2 O3 (lambda) ?

35 O3-Photolysefrequ

36 Eindring/10 (z)

37 Barom. Höhenf.+ Lambert - Beer

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

39 O-O3(z) O + O 2 + M O 3 + M

40 O 1 D (z) O( 1 D) + O 3, CH 4, H 2 O, H 2,, N 2 O k = 2.4, 1.4, 2.2, 1.0, 0.49 ( cm 3 s -1 )

41 CH3Cl CCl4 F12, F11

42 ClO HCl HF

43 ClO (z)

44 ClO x -Kreislauf

45 CH4(z), H2(z) CH 4 ist die H 2 O-Quelle der Stratosphäre Formaldehyd als Abbauprodukt von CH 4 bildet H 2

46 CH2O + hv CH 4 ist die H 2 O-Quelle der Stratosphäre Formaldehyd als Abbauprodukt von CH 4 bildet H 2 H 2 +CO H+HCO Quantum yields H 2 CO + h (two pathways)

47 CH 2 O + hv (z) CH 2 O + h H + HCO (J 1 ) CH 2 O + h H 2 + CO (J 2 ) = 2 h (J 1 + J 2 )

48 HO x -Kreislauf

49 CH 4 -Abs. h k (cm -1 atm -1, 273K) = 3.7x cm 2

50 CH 4 -Abs., Ly- Photolyse minhdmoa 1 cm -1 atm -1 (273K)=3.7x cm 2 J Ly- =5.5x10 -6 s -1 ( =2d)

51 CO2-Abs., Ly- SRB photol.

52 H2O-Abs., Ly- SRB photol. Ly- =1.4x cm 2 [H 2 O]= 4-5 ppm

53 OH HO2 (z)

54 NO, NO2, N2O5, HNO3

55 Photolyse, Auswahl minhdmoa

56 Photolyse (z)

57 Ozonverbrauch (z) R ClO+NO /R ClO+ O

58 Sigma N 2 O

59 Lachgas (z) N 2 O ist die Quelle von stratosphärischen Stickstoffverbindungen: N 2 O + h N 2 + O( 1 D); O 3 + h O 2 ( 1 g ) + O ( 1 D) N 2 O + O ( 1 D) 2 NO NO + O 3 NO 2 + O 2 OH + NO 2 +M HNO 3 + M NO 2 + O 3 NO 3 + O 2 NO 2 + NO 3 + M N 2 O 5 + M

60 NO x -Kreislauf

61 Chapman-HO2-NOx_ClOx (aus CH 4 und H 2 ) (O + O 2 O 3 O 3 + h O 2 + O O + O 3 2 O 2 ) (aus CH 3 Cl und CFK) HO x NO x (aus N 2 O)

62 O3 (z, t), Brühl/Crutzen

63 COS SO2 H2SO4


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