ESPERE Material und Informationen zum Schwefelkreislauf

Die auf den ESPERE Seiten gegebenen Informationen zum Schwefel und seinen Verbindungen behandeln dieses Element vor allem in Hinblick auf die Rolle in Umwelt und Klimakunde. Wir werden hier z.B. nichts über die Schwefel verarbeitende Industrie finden. Das Material konzentriert sich damit auf einen speziellen Aspekt und behandelt nicht die gesamte 'Chemie des Schwefels'.

Die ESPERE Klimaenzyklopädie gibt einen Überblick über die Zusammenhänge in unserem Klimasystem. Die Themen sind dabei nach klimatologischen Aspekten und Untersytemen des Klimasystems geordnet. Der Schwefel und seine Verbindungen sind in verschiedenen dieser Untersysteme von Bedeutung. Wir werden daher kaum Artikel finden, die sich schwerpunktmäßig mit dem Schwefel befassen, sondern in der Regel Artikel, in denen die Rolle von Schwefelverbindungen in einem Abschnitt und in einem bestimmten Zusammenhang erwähnt ist. Diese Seite soll einen Überblick geben, in welchen Zusammenhängen der Schwefel in Umwelt und Klimasystem von Bedeutung ist.

Schwefel in der Umwelt

Die dargestellte Skizze zeigt in ganz einfacher Weise, in welchen Teilen der Umwelt wir den Schwefel betrachten müssen. Wir können die Umwelt vereinfacht unterteilen in Atmosphäre (genauer in Troposphäre und Stratosphäre), in die Geosphäre (die Gesteinswelt; hier im besonderen Vulkane), die Biosphäre (die Welt des Lebendigen), die Hydrosphäre (Welt des Wassers und der Gewässer) und die Pedosphäre (die Welt des Bodens). Eine zusätzliche Komponente stellt die vom Menschen geprägte Umwelt dar.

Schwefelverbindungen, die in die Atmosphäre gelangen, werden meist durch Reaktionen mit Sauerstoff oxidiert. Das Endprodukt ist oft Schwefelsäure, die eine Rolle bei der Wolkenbildung spielt. Der größte Teil dieser Prozesse beschränkt sich auf die Troposphäre, die bodennahe Atmosphäre. Nur in seltenen Fällen gelangen Schwefelverbindungen in die höhere Stratosphäre (oberhalb von 10-12 km), da der Austausch zwischen diesen Schichten gering ist. Letzteres geschieht vor allem bei sehr starken Vulkanausbrüchen. Vulkane sind eine der Quellen für Schwefelverbindungen. In der Biosphäre sind es vor allem Bakterien im Boden und Phytoplankton (einzellige Algen) in den Ozeanen, die Schwefelverbindungen umsetzen. Der Mensch trägt heute in erster Linie durch die Emissionen aus der Verbrennung von Kohle und Öl zum Schwefeleintrag in die Atmosphäre bei. Die Schwefelsäure kommt in Partikeln durch trockenes Absinken oder durch Auswaschen mit dem Regen wieder zur Erde zurück. Ist die Konzentration örtlich besonders hoch, so kann es zu saurem Regen kommen. Dieser wiederum schädigt Pflanzen und auch vom Menschen geschaffene Güter und Gebäude.

Thema: Klima in Städten

Einheit 1: Luftverschmutzung
www.atmosphere.mpg.de/enid/3xe.html

Im besonderen: Was ist London Smog?
www.atmosphere.mpg.de/enid/41l.html

Das Thema befasst sich vor allem mit den vom Menschen verursachten Emissionen von Schwefeldioxid. Fossile Energieträger (Kohle, Öl), insbesondere aber die Braunkohle, enthalten Beimengungen von Schwefel. Werden diese ungefiltert verbrannt, z.B. in Krafwerken, so steigen die Emissionen an Schwefeldioxid in der Luft. Schwefeldioxid wird hier als eines von mehreren Abgasen diskutiert, dessen Anteil in Europa durch gute Filtermethoden inzwischen deutlich reduziert werden konnte. Große Probleme gibt es jedoch vor allem im wirtschaftlich stark expandierenden Ostasien.

Einheit 3: Saurer Regen (Basis)
www.atmosphere.mpg.de/enid/41z.html

Einheit 3: Saurer Regen (Mehr)
www.atmosphere.mpg.de/enid/42q.html

Hierbei insbesondere: Arbeitsblatt Rauchgasentschwefelung
www.atmosphere.mpg.de/enid/42v.html

Kommt die Schwefelsäure im Regen oder am Boden mit Feuchte in Kontakt, so entwickelt sie ihre sauren Eigenschaften. Wie messen wir Säure und wie sauer darf eine gesunde Umgebung sein? Diese Einheit ist am stärksten auf das Thema 'anorganischer Schwefel' konzentriert und behandelt die Entwicklung der Emissionen ebenso wie die Folgen des Säureeintrages in die Umwelt, in Europa wie in anderen Teilen der Welt. Maßnahmen zur Vermeidung der Belastung werden besprochen. Zu beachten ist, dass das Thema 'Klima in Städten' insbesondere die regionalen Aspekte behandelt. Sie betreffen besonders viele Menschen, da sie in dicht besiedelten Räumen auftreten.

Partikel und Wolken

Wie werden aus Partikeln Wolken?
www.atmosphere.mpg.de/enid/3ba.html

Die Chemie in Wolkentröpfchen
www.atmosphere.mpg.de/enid/3b0.html

Schwefelsäure wird nicht erst dann wichtig für unsere Umwelt, wenn sie in größeren Mengen vom Himmel kommt. Sie ist vor allem wichtig, wenn sie noch oben in der Luft ist. Schwefelsäuremoleküle und Wasser bilden, oft gemeinsam mit Ammoniak, Zusammenschlüsse von wenigen Molekülen, die wir als Cluster bezeichnen. An sie lagern sich weitere schwerflüchtige Substanzen an, vor allem aber Wasser. Es enstehen erst Partikel, dann Tröpfchen, dann Tropfen. Viele Tropfen bilden Wolken. Die Emissionen von Schwefelverbindungen bestimmen damit ganz erheblich, dass und welche Wolken am Himmel erscheinen. Den Zusammenhang erschließen die beiden Texte aus dem Thema 'Wolken und Partikel'.

Ozeane, Schwefel aus den Weltmeeren

Dimethylsulfid aus Phytoplankton
www.atmosphere.mpg.de/enid/2pl.html

Klimaeinfluss von Schwefelgasen aus dem Ozean
www.atmosphere.mpg.de/enid/2pm.html

Wolken gibt es nicht erst seit der Industrialisierung. Schwefeldioxid und Schwefelsäure bilden sich auch mindestens in gleicher Menge in natürlichen Prozessen. Unsere Erde ist zu 71% von Wasser bedeckt. Gerade in der reinen Luft über den Ozeanen bilden sich Wolken an Sulfatteilchen, die aus der Oxidation von organischen Schwefelverbindungen enstanden. Deren Hauptproduzent ist das Phytoplankton (oft auch als Algen bezeichnet), kleine grüne Einzeller, die in riesigen Mengen überall in den Weltmeeren schwimmen. Die beiden Texte beschreiben den Weg des Schwefels aus dem biologischen Organismus über die Chemie der Atmosphäre bis zur Wolke und dem Einfluss auf unser Klima.

Vulkane, Partikel und obere Atmosphäre

Klimaeinfluss von Partikeln
www.atmosphere.mpg.de/enid/3bn.html

Spezialfall Stratosphäre
www.atmosphere.mpg.de/enid/3lq.html

Ergänzungen zu Vulkanausbrüchen
www.atmosphere.mpg.de/enid/1mb.html

Schwefelsaure Niederschläge treten für gewöhnlich nicht allzu weit (jedoch durchaus einige 100 bis wenige 1000 km) von dem Ort entfernt auf, an dem die Schwefelgase in die Luft gebracht worden sind. Dies hat auch mit den Verweildauern von Partikeln in der Luft zu tun, die wir hier erklären. Besonders hoch kann diese Verweildauer dann sein, wenn die Schwefelgase in die Stratosphäre gelangen. Dies ist bei schweren Vulkanausbrüchen der Fall, die etwa alle 10 - 50 Jahre auftreten. Vulkane katapultieren Schwefelverbindungen und Ruß oft über die 10 - 15 km Grenze hinaus. Hier verteilen sie sich um die ganze Erde und können für 1-2 Jahre das Klima messbar kühler machen. Denn Partikel erzeugen nicht nur Wolken, sie reflektieren auch Sonnenlicht zurück ins Weltall. Weitere Informationen geben Abschnitte aus den angegebenen Texten.

Wolken, Wasserdampf und Erderwärmung

Wie wirken sich Änderungen in der Wolkenbildung aus?
www.atmosphere.mpg.de/enid/24v.html

Über die eigentliche Thematik der Schwefelchemie hinaus können wir uns Gedanken machen, was Veränderung in der Wolkenbildung für unser Klimasystem bedeuten. Durch die Erwärmung aufgrund der Kohlendioxid-Zunahme, wird die Atmosphäre mehr Wasser aufnehmen. Partikel wie die der Schwefelsäure werden darüber mit bestimmen, in welcher Weise hieraus Wolken entstehen und wie viel Regen diese bringen. Leider verstehen wir noch nicht genug, um hierüber genaue Vorhersagen wagen zu können.

Allgemeine Bemerkung zu den Webadressen der ESPERE Klimaenzyklopädie:

Die Seiten können angewählt werden durch eine URL vom Typ
http://www.atmosphere.mpg.de/enid/xxx.html

Hierbei legt xxx die einzelne Seite fest.

Längere Adressen mit einem Zwischenstück aus Zahlen und Buchstaben werden automatisch durch das System generiert. Der erzeugte Zwischenteil kann aber wegfallen, und die Seite ist immer noch dieselbe:

http://www.atmosphere.mpg.de/enid/ueberfluessiges,Zwischenstueck/xxx.html