Umweltmeteorologie

1. Umweltmeteorologie 9. Spurengase Prof. Dr. Otto Klemm

2. Bedeutung einzelner Spurengase Die Bedeutung einzelner Spurengase ergibt sich aus: • Konzentration • Lebensdauer – Reaktivität • Toxizität für Vegetation, Tiere und Menschen, Verteilung zwischen den Phasen • Klimawirksamkeit (Strahlungseigenschaften allgemein) • Bedeutung in den Elementkreisläufen

3. Überblick Spurengase, stark vereinfacht

4. Überblick Spurengase, stark vereinfacht (Forts.)

5. Natürliche Quellen Vulkane (SO2) 6 % Ozeane (Gischt, SO42-) 29 % Ozeane (biogen, DMS) 19 % Anthropogene Quellen Kohleverbrennung (SO2) 27 % Ölverbrennung (SO2) 14 % Industrielle Prozesse (SO2) 5 % Schwefelhaushalt - Quellen Dimethylsulfid Natürliche / Anthropogene Quellen  1

6. SO2-Emissionen: global, 1985

7. SO2-Emissionen: Europa Quelle: http://www.acidrain.org

8. SO2-Emissionen: Deutschland, 2004 Quelle: www.umweltbundesamt.de

9. SO2-Emissionen: Deutschland SO2 – Emissionen aus Deutschland (jetzige Fläche) in kt a-1 Datenquelle: www.umweltbundesamt.de

10. Fichtelgebirge Quelle: Diercke Weltatlas, 1996

11. SO2 - Immission: Fichtelgebirge

12. Schwefeldioxid in Wasser SO2 + H2O SO2 H2O SO2 H2O  H+ + HSO3- HSO3- H+ + SO32- • = 1.23 mol  l–1 atm–1 (298 K) • = 1.3  10–2 mol  l–1 • = 6.6  10–8 mol  l–1 • = 1.01  10–2 mol  kg–1

13. Reaktionen des SO2 - wässrige Phase 1. Oxidation durch Wasserstoffperoxid HSO3- + H2O2  HSO4- + H2O HSO4- SO42- + H+ 2. Oxidation durch Ozon Reaktionsrate nimmt zu mit steigendem pH 3. Oxidation durch Sauerstoff, katalysiert durch Mn(II) und Fe(III) in jedem Fall entsteht H2SO4, eine starke Säure!

14. Reaktionen des SO2 - Gasphase SO2 + OH HSO3 HSO3 + O2 SO3+ HO2 SO3 + H2O  H2SO4 Summe: SO2+ OH + O2 + H2O  H2SO4 +HO2 Das Verhältnis der wässrigen zur gasförmigen Oxidation des SO2 ist schwierig zu quantifizieren.Globale Abschätzungen reichen von 1:1 bis zu 1:3. Jedenfalls wird das SO2 fast vollständig als SO42- wieder aus der Atmosphäre entfernt, das meiste gelöst in Niederschlagswasser

15. Stickoxide NOx = NO + NO2 „Stickoxide“ „Stickstoffmonoxid“ „Stickstoffdioxid“ N2O ist kein „Stickoxid“ in diesem Sinne

16. Stickoxide - Quellen

17. NOx - Emissionen in Deutschland 2004 Datenquelle: www.umweltbundesamt.de

18. Quelle: Helbig et al., 1999

19. Quelle: Helbig et al., 1999

20. NOx-Emissionen: Deutschland NOx – Emissionen aus Deutschland (jetzige Fläche) in kt a-1 Datenquelle: www.umweltbundesamt.de

21. CO Quelle: Seinfeld und Pandis, 2006

22. http://dmsp.ngdc.noaa.gov/html/night_light_posters.html

23. http://dmsp.ngdc.noaa.gov/html/night_light_posters.html

24. NOx: Wichtige Reaktionen NO + O3 NO2 + O2schnell NO2 + h  O(3P) + NO  400 nm; j(NO2)  9  10-3 s-1 O(3P) + O2 O3 Reaktion von allergrößter Bedeutung für troposphärische O3-Bildung NO + RO2  NO2 + RO NO + HO2 NO2 + OH

25. NOx: Wichtige Reaktionen NO2 + OH  HNO3 bedeutende Senke für NO2 HNO3 + h NO2 + OHlangsam, deshalb ist 3. wichtig HNO3 +H2Ofl H+ + NO3-aq. HNO3 + NH3 NH4NO3(Aerosol)

26. Reaktive flüchtige KWs Bedeutung in der Atmosphäre weniger durch Beteiligung am C-Haushalt als durch Auswirkungen auf den Radikalhaushalt. • NMKW Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe • NMVOC Non-Methane Volatile Organic Compounds • NMHC Non-Methane-Hydrocarbons • VOC Volatile Organic Compounds • BVOC Biogenic Volatile Organic Compounds

27. anthropogene Quellen in Deutschland 2004 Datenquelle: www.umweltbundesamt.de

28. Quelle: Helbig et al., 1999

29. Reaktive flüchtige KWs NMVOC – Emissionen aus Deutschland (jetzige Fläche) in kt a-1 Datenquelle: www.umweltbundesamt.de

30. biogene Quellen global Emissionen aus der Vegetation (80 % Blattwerk, 15 % Stämme, Blüten etc.) und Bodenmikroorganismen (5 %) Summe: > 1.5 Gt a-1 global sind die biogenen Emissionen weitaus größer als die anthropogenen Quelle: A. Guenther, 2005

31. Reaktionen am Beispiel der Alkane RH + •OH •R + H2O Alkylradikal •R + O2  •RO2Alkylperoxyradikal •RO2 + NO •RO + NO2Alkoxyradikale

32. Luftqualitätsindex