Die gemessene Ozonkonzentration ist um mehr als den Faktor 2 geringer
als sie nach dem Chapman-Mechanismus
sein sollte. Dies deutet auf weitere O3-Senken hin. Es handelt
sich um katalytische Verlustzyklen die typischerweise nach folgendem Schema
ablaufen:
X + O3 → XO + O2 | ||
O3 + hv → O2 + O |
¬ |
Abbau erfolgt nur bei Tageslicht! |
XO + O → X + O2 | ||
X = OH, NO, Cl, Br, ... |
Unabhängig von der Spezies X, ist die Summenreaktion:
2 O3 + hv → 3 O2
Der Ozonabbau über das Hydroxylradikal und NO-Komponenten ist auf natürliche Prozesse zurückzuführen, während der katalytische Ozonzerfall über die Halogenatome, insbesondere das Chloratom anthropogen Charakters ist.
Stickstoffmonoxid
Das NO wird über N2O, dass aus der Troposphäre stammt, erzeugt:
O(1D) + N2O → NO + NO
Hydroxyl
Beispielhaft für einen katalytischen Verlustzyklus
soll hier der Abbau über das OH behandelt werden.
Das OH entsteht durch Oxidation von Wasser gemäß der Reaktion:
H2O + O(1D) → OH + OH | (0) |
O3 + hν (l< 310 nm) → O + O2 | J1, F |
|
Die OH- und HO2-Moleküle werden häufig zur HOx-Famillie zusammengefasst. Die Sequenz der Reaktionen (1) and (2) verbraucht Ozon, während die HOx-Menge erhalten bleibt. Deshalb wirkt HOx wie ein Katalysator für das O3 und die Erzeugung nur eines HOx-Moleküls resultiert in dem Verlust sehr vieler Ozonmoleküle. Dieser katalytische Abbau kann nur dadurch unterbrochen werden, indem HOx durch eine Reaktion entfernt wird; z.B.:
HO2 + OH → H2O + O2 | (3) |
Chlor
Das Chloratom entstammt zum geringen Teil dem natürlichen Quellgas CH3CL
(Plankton, Algen, Vulkanausbrüchen), aber zum größten Teil anthropogenen FCKws (Fluor-Chlor-KohlenWasserstoffe):
CF3CL, CF2Cl2, CFCl3, CCl4. Diese
sind in der Troposphäre stabil, jedoch findet nach Diffusion (Dauer Jahrzehnte)
in die Stratosphäre dort eine (photo-)chemische Spaltung statt:
CH3Cl + OH → Cl· + ...
CF2Cl + hv (l <
230 nm) → Cl· + ...
CFCl3 + O(1D) → ClO + ...
Der anthropogene Eintrag von FCKWs in die Atmosphäre übersteigt den natürlichen um eine Faktor 5. In jedem Fall ist der Ozonverlust Zyklus:
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2
O3 + hv → O2 + O
Das Ozonloch in der Antarktis kommt dadurch zustande, dass dort im polaren Winter sehr tiefe Temperaturen auftreten (kälter als in der Arktis) und dann das Chlor im - ansonsten instabilen - Cl2O2 gespeichert wird. Wenn im Frühjahr die Sonne aufgeht, setzt die photolytische Zersetzung des Cl2O2 und damit die katalytische Freisetzung von Chloratomen ein.