Belgisch global change onderzoek 1990-2002 - Federaal ...

18
Kader 5: Ozonopbouw en –afbraak: een complex kluwen van reacties
Cyclus in evenwicht
De vier reacties van de Chapman-cyclus
vormen de basis voor de vorming en afbraak
van stratosferisch ozon. In de eerste reactie
wordt een zuurstofmolecuul (O 2 ) in twee
zuurstofatomen (O) gesplitst door ultraviolet
licht (UV) met een golflengte van 185 nm tot
220 nm (UV-C). In de tweede stap reageert een
zuurstofatoom (O) met een zuurstofmolecuul
uit de vorige reactie tot ozon (O 3 ):
O + licht UV-C (185 – 220 nm) → 2 O
2
O + O → O 2
3
Het netto-effect van deze twee reacties is de
productie van ozon. Maar onder invloed van
ultraviolet licht met een golflengte tussen 210
nm tot 300 nm (UV-B), valt het ozonmolecuul
uiteen in een zuurstofmolecuul en een
zuurstofatoom. Als deze laatste toevallig
in aanraking met een ozonmolecuul komt,
worden twee zuurstofmoleculen gevormd:
O 3 + licht UV-B (210 – 300 nm) → O 2 + O
O 3 + O → 2 O 2
Deze cyclus staat in voor het grootste deel van
de stratosferische ozonvorming en –afbraak,
maar kan op zich niet de waargenomen
concentraties van ozon verklaren. Hiervoor
dienen de aanvullende katalytische cycli
onder de loep worden genomen.
Katalytische cyclus
Bij wijze van voorbeeld worden de katalytische
reacties van chloorverbindingen met ozon
weergegeven, maar de afbraakreacties met
stikstof- en broomverbindingen verlopen
gelijkaardig.
Onder invloed van UV-straling worden chlo
orfluorkoolwaterstoffen (CFKs) afgebroken,
waarbij chlooratomen (Cl) vrijkomen. De
fotolytische reactie van CCl 2 F 2 (één van de
meest voorkomende CFKs en ook wel eens
Freon-12 of CFK-12 genoemd), bijvoorbeeld,
zet een chlooratoom vrij:
CCl 2 F 2 + UV-licht (< 260 nm) → Cl + CClF 2
En hiermee is de toon gezet. De verdere
stratosferische fotolyse resulteert uiteindelijk
in de volledige afbraak van het CFK met
verdere vrijzetting van chlooratomen. Deze
initiëren op hun beurt dan de afbraakreactie
van ozon via de volgende reactiereeks:
O3 + Cl → ClO + O2 O3 + licht → O + O2 ClO + O → Cl + O2 Net 2 O3 → 3 O2 Het halogeenatoom chloor (Cl) is een
katalysator van de ozonafbraak: hetzelfde
atoom dat in de eerste reactie van deze
sequentie wordt verbruikt, komt in de laatste
reactie opnieuw vrij.
Precies door de regeneratie van het
chlooratoom in de afbraakreactie van ozon,
spreken we van een katalytische cyclus.
Daarom kan één enkele halogeenatoom
verscheidene honderden ozonmoleculen
afbreken alvorens het met een ander
gasmolecuul, bijvoorbeeld methaan (CH 4 ),
reageert en onschadelijk wordt gemaakt.
Reacties van deze moleculen met een
chlooratoom leiden tot zoutzuur (HCl): een
stabiel reservoir voor chloor. Een andere
neutralisatiereactie vindt tussen chlooroxide
(ClO) en stikstofdioxide (NO 2 ) plaats:
ClO + NO 2 → ClONO 2
Beide moleculen, zoutzuur (HCl) en
chloornitraat (ClONO 2 ), zijn voor wat de