Berichte des Forschungszentrums Jülich

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