Chemie in Wolken Wie Eispartikel das Entstehen von Radikalen begünstigen
Bestimmte Moleküle mit Fluor, Chlor oder Brom können zusammen mit Wasser unheilvolle Substanzen in der Atmosphäre freisetzen.
Die Herstellung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen, die die Ozonschicht schädigen, wurde weitestgehend verboten. Doch auch andere Substanzen können in Verbindung mit Eispartikeln, wie sie in Wolken vorkommen, Löcher in die Ozonschicht reißen. Einen möglichen Mechanismus dafür deckten Forscherinnen und Forscher der RUB, der Universität Duisburg-Essen und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg auf. Sie beschreiben ihn in der Zeitschrift „Physical Review Letters“ vom 13. November 2018.
Im Labor erzeugten die Wissenschaftler winzige Eispartikel und analysierten, wie bestimmte chlor- oder bromhaltige Verbindungen damit interagierten. Mit mikroskopischen und spektroskopischen Methoden beobachteten sie, dass sich die Moleküle bevorzugt an Defekte der Eisstruktur anlagerten. Die umgebenden Wassermoleküle der Eisstruktur orientierten sich daraufhin um; sie hydrierten die Moleküle. Das wiederum führte dazu, dass die Moleküle im Experiment leichter ionisiert werden können.
UV-Strahlung erzeugt Radikale
Die Forscher bestrahlten die Eiskristalle mit den angelagerten Molekülen mit UV-Licht, wodurch Elektronen in den Eispartikeln im Umfeld der Moleküle angeregt wurden. Diese angeregten Elektronen ionisierten die Chlor- und Brombenzolmoleküle. Durch die Ionisation zerfielen die Moleküle in organische Reste und hochreaktive Chlor- und Bromradikale.
„Der Mechanismus könnte erklären, was passiert, wenn UV-Licht auf mineralisch verunreinigtes Eis trifft“, sagt Cord Bertram. „Somit könnten unsere Ergebnisse helfen, die grundlegenden Prozesse hinter Phänomenen wie Ozonlöchern zu verstehen.“
Kooperation im Exzellenzcluster
Die Arbeiten basierten auf einer langjährigen Kooperation der Bochumer, Duisburg-Essener und Erlangen-Nürnberger Teams um Prof. Dr. Karina Morgenstern, Dr. Cord Bertram, Prof. Dr. Uwe Bovensiepen und Prof. Dr. Michel Bockstedte, die aktuell im Rahmen des Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation, kurz Resolv, fortgesetzt wird.
