Berichte des Forschungszentrums Jülich

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12 KAPITEL 2. GRUNDLAGEN DER OZONCHEMIE

Eigenschaften SSA-Partikel PSC Typ-1 PSC* PSC Typ-2

Durchmesser [pm] 0 .1-0 .3 0 .6-6 8-20 4-40

Anzahldichte [Partikel cm-3 ] ti 10 0 .1-10 2 .3 . 10-4 G 1

Oberflächendichte [Mm2 cm-3] ti 1 ti 1 - ti 10

Volumendichte [Pm3 cm-3] 1 .05 3-5 - > 10

* Große PSCs vom Typ-1, die im arktischen Polarwirbel 19992000 erstmalig experimentell

nachgewiesen wurden [Fahey et al., 2001]

Tabelle 2 .1 : Verschiedene Eigenschaften stratosphärischer Partikel [z. B . WMO, 1998.

Zwei Möglichkeiten zur Bildung von PSC-Partikeln bei Temperaturerniedrigung sind

in Abbildung 2 .2 [Peter, 1997] dargestellt . Auf der linken Seite von Abbildung 2 .2 ist

das konventionelle Dreistufenmodell von Poole und McCormick [1988] gezeigt, von

dem man bis Ende der achtziger Jahre ausging . Bei Temperaturen zwischen 195-

215 K bilden sich aus den flüssigen SSA-Partikeln kristalline SAT-Partikel . Bei weiter

sinkenden Temperaturen dienen die SAT-Partikel als Nukleationskerne zur Bildung

von kristallinen NAT-Partikeln, also PSCs vom Typ-1 . Fallen die Temperaturen weiter

unter TE;S erfolgt weitere Nukleation von Wasserkristallen auf den NAT-Partikeln .

In theoretischen Berechnungen wurde gezeigt, daß homogenes Gefrieren von flüssigen,

unterkühlten SSA-Partikel zu festen SAT-Partikeln unter stratosphärischen Bedingungen

nicht stattfinden kann [Luo et al., 1994] . Zur Unterscheidung zwischen flüssigen

SSA-Partikeln und kristallinen SAT-Partikeln gibt es aufgrund ihrer geringen Größe

bis heute keine in der Stratosphäre geeignete Meßmethode . Darüberhinaus haben sich

SAT-Partikel in theoretischen und Laborstudien als schlechte Nukleationkerne für die

Nukleation von NAT auf SAT erwiesen [Iraci et al., 1995 ; MacKenzie et al ., 1995] . Aus

diesem Grunde ist das Dreistufenmodell inzwischen verworfen worden, obwohl noch

viele Modelle mit diesem Mechanismus arbeiten .

Die zweite Theorie der PSC-Entstehung, die im rechten Ast der Abbildung 2 .2

gezeigt ist, kennt nur einen Nukleationsübergang zu festen Partikeln, nämlich die Entstehung

von Eis . Die Aufnahme von HNO 3 durch flüssige SSA-Partikel verläuft hier

kontinuierlich und führt zur Bildung von unterkühlten, flüssigen STS-Partikel . Dieser

Prozeß ist ein heute akzeptierter PSC-Bildungsmechanismus . Die Bildung von NAT-

Partikeln wird hierbei durch das Verdampfen des Wassers der Eispartikel bei einer

Temperaturerhöhung über TE;S erklärt . Die beiden obigen Theorien führen zu unterschiedlichen

Ergebnissen, auch unterhalb des Frostpunktes TE;S: Im ersten Fall bildet

sich ein SAT-NAT-Eis-Partikel mit den Säuren im Kern und dem Eis an der Ober-

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