Berichte des Forschungszentrums Jülich

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10 KAPITEL 2. GRUNDLAGEN DER OZONCHEMIE

kann so eine katalytische Ozonzerstörung stattfinden .

werden im folgenden erklärt .

Die Details dieser Mechanismen

2 .2 .1 Der Polarwirbel

Die Temperaturen der Stratosphäre ergeben sich aus dem Gleichgewicht zwischen

Abkühlung durch Emission von Infrarotstrahlung (z . B . im Bereich des 15 Mm Band

von C0 2 ) und Erwärmung durch Absorption der solaren UV-Strahlung durch Ozon .

Zu Beginn der Polarnacht kühlen sich die stratosphärischen Luftmassen ab, wodurch

ein diabatisches Absinken der Luft verursacht wird . In der Stratosphäre setzt eine

polgerichtete Ausgleichsströmung ein, um die abgesunkene Luft wieder aufzufüllen .

Durch die Corioliskraft werden diese meridionalen Ausgleichswinde zu einer westwärts

gerichteten Strömung umgelenkt und bilden eine polumkreisende Westwindzone, bezeichnet

als Polarwirbel (od . auch Polarer Vortex) [Schoeberl und Hartmann, 1991] .

Am Rande des Polarwirbels können Windgeschwindigkeiten von mehr als 100m s-1

erreicht werden, mit globalen Umlaufzeiten der Luftmassen von 1- 5 Tagen . Der Rand

des Polarwirbels zu mittleren Breiten bildet aufgrund dieser hohen Windgeschwindigkeiten

eine weitgehend undurchlässige Transportbarriere . Die Luftmassen sind dadurch

quasi-isoliert mit der Folge, das chemische Prozesse im Polarwirbel relativ ungestört

von äußeren Einflüssen ablaufen können . Die Wirbelgrenze kann durch verschiedene

Kriterien definiert werden : über das Maximum der Windgeschwindigkeiten, über

den maximalen Gradienten der potentiellen Vortizität - eine Erhaltungsgröße, die ein

Maß für die Wirbelstärke darstellt (vgl . Anhang A .2) -, über das Mischungsverhältnis

langlebige Spurengase wie CH 4 oder N 20 (vgl . Kap . 2 .4) und im Falle einer Chloraktivierung

über den Gradienten der Mischungsverhältnisse chemischer Radikale (s .

Abb . 1 .1) . Mit Einsetzen des polaren Frühlings kommt es zu einer Erwärmung der

Luftmassen und der Polarwirbel wird stärker und stärker erodiert, bis schließlich die

normale Sommerströmung der Stratosphäre wieder einsetzt . Aufgrund der unterschiedlichen

Orographie in den Polarregionen, sind die Charakteristiken des Polarwirbels

auf der Nord- und Südhemisphäre nicht identisch . In der Arktis kommt es häufig zur

Ausbildung planetarer Wellen an orographischen Hindernisse wie beispielsweise die

Skandinavischen Gebirgen, die zu Störungen des Polarwirbels führen . Infolgedessen

strömen die Luftmassen des Wirbels nicht mehr zirkumpolar und dringen z . T . bis in

mittlere Breiten vor . Eine Folge dieser Störungen ist eine geringere Abkühlung der

Luftmassen, so daß im allgemeinen die Temperaturen im arktischen Polarwirbel höher

sind als im antarktischen Polarwirbel .

2 .2 .2 Polare Stratosphärenwolken

Niedrige Temperaturen G 200 K innerhalb des Polarwirbels bilden die Voraussetzung

für die Entstehung polarer stratosphärischer Wolken (PSCs = Polar Stratospheric

Clouds), die in flüssiger und fester Phase existieren . Die Hauptbestandteile der PSCs

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