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Untere AtmosphäreMehr .. |
Verteilung & Konzentration (1)Wir haben eine Menge über Gase in der Atmosphäre gelernt, insbesondere in der Troposphäre, der untersten Schicht der Atmosphäre. Hier finden wir zahllose chemische Verbindungen in der Luft. Aber ihre Konzentration und Verteilung schwankt stark.
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Wie beschreiben wir die Rolle eines Gases in der Atmosphäre?Menge Ein Gas in der Atmosphäre kann sein .. a) ein Hauptbestandteil der Luft (Sauerstoff, Stickstoff, Argon) Spurengase sind Gase, die nur einen sehr kleinen Anteil an der Luft ausmachen. Dies kann ein Molekül unter einer Milliarde oder sogar einer Billion an Luftmolekülen sein.
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*Das Missverständnis bei Mischungsverhältnissen in den 'Einheiten' ppm and ppbIn sehr vielen wissenschaftlichen und nicht wissenschaftlichen Veröffentlichungen wird die Menge eines Gases in der Luft in ppm (millionstel Teilen) oder ppb (milliardstel Teilen) angegeben. Wir benutzen diese Angaben auch hier, weil sie allgemein gebräuchlich sind. Allerdings werden sie oft falsch verstanden. Drei typische Fehler: 1) Oft findet man geschrieben: Die Konzentration an CO2 in der Luft ist 385 ppm. Dies ist falsch. Denn 385 ppm ist ein Mischungsverhältnis und keine Konzentration. Konzentrationen sind zum Beispiel eine Masse pro Volumen, wie die Ozon-Konzentration 100 µg / m3. Sie haben eine richtige Einheit. 2) Mischungsverhältnisse haben keine richtige Einheit, da man die Einheiten wegkürzen kann, so dass nur eine Zahl stehen bleibt. Wir beschreiben nur, dass wir 385 Moleküle unter 1.000.000 Molekülen haben, wenn wir von 385 ppm sprechen. Die korrektere Ausdrucksweise ist: 385 µmol/mol. 3) Die Begriffe Billion und Trillion werden in verschiedenen Ländern verschieden definiert:
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VerteilungAbhängig von örtlichen und zeitlichen Bedingungen kann ein Gas in der Atmosphäre unterschiedlich verteilt sein:
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Homogen verteilt bedeutet, dass wir vergleichbare Mischungsverhältnisse des Gases überall rund um den Globus und in verschiedenen Höhen finden. Dies ist der Fall, wenn die Gase stabil sind und eine lange Lebensdauer haben. Sie werden nur langsam aus der Atmosphäre entfernt und reagieren nicht oder nur ganz allmählich. Beispiel: Distickstoffmonoxid N2O |
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2. Verteilung von Distickstoffmonoxid in der Atmosphäre. Die Messung erfolgte über dem Pazifischen Ozean in verschiedenen Höhen und über viele Längengrade hinweg. Die Darstellung zeigt auch die Fehlerbalken. Die Einheit ppbv steht für den Volumenanteil des Gases am Gesamtvolumen der Luft.
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Distickstoffmonoxid N2O ist ein gleichmäßig verteiltes Gas. Sein Anteil in der Luft ist jedoch über die letzten 200 Jahre stetig gestiegen, vor allem auf Grund vom Menschen verursachter Beiträge. 3. Diagramm: Elmar Uherek |
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Zeitliche EntwicklungDas Auftreten von Gasen kann stark an die Sonnenstrahlung gebunden sein, wenn sie in chemische Prozesse involviert sind, bei denen Photolyse (Spaltung durch Licht) eine Rolle spielt. In diesem Fall haben sie einen 'Tagesgang', manchmal auch einen Jahresgang. Tagesgang: Beispiel Hydroxyl-Radikal OH OH zum Beispiel hängt vom Sonnenlicht ab. Seine Menge steigt über den Tag hinweg an und fällt während der Nacht wieder ab, wie in der Einheit 'Oxidation' beschrieben.
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Die Konzentrationen einiger Gase steigen oder fallen langfristig über Jahrzehnte, über Hunderte, Tausende oder sogar Millionen von Jahren. Die menschliche Aktivität ließ die Mengen vieler Gase insbesondere über die letzten 200 Jahre seit dem Beginn der Industrialisierung ansteigen, wie für N2O schon gezeigt wurde.
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Wachstumszeiten und menschlicher Einfluss: Beispiel Kohlendioxid (CO2)Kohlendioxid ist ein ausgezeichnetes Beispiel, um die weltweite Verteilung eines Gases zu studieren. Es ist relativ stabil und verteilt sich gleichmäßig über die ganze Erde. Wir wissen aber auch: Durch die menschliche Aktivität steigt die Menge an Kohlendioxid in der Luft über die Jahre immer weiter an, wie die Abbildung links zeigt. Der Großteil des CO2 wird auf der Nordhalbkugel gebildet, da hier die größere Landmasse ist und hier weit mehr Menschen leben, die Energie verbrauchen (Europa, die USA, China, Indien ...). |
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Kohlendioxid steigt daher zunächst auf der Nordhalbkugel an und dringt danach allmählich auch in den Süden vor. Der Transport über den Äquator ist langsam, da die Durchmischung innerhalb einer Erdhalbkugel weit schneller erfolgt als die Durchmischung zwischen den Hemisphären.
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About this page:Author: Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz
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