Stratosfeer en ozonlaag
Dr. Michiel van Weele Atmosfeer- en Klimaatonderzoek KNMI, De Bilt
De lezing van vandaag De start
zien
begrijpen
klimaat
effecten checken reactie
verwachten
In den beginnne Life exists thanks to the ozone layer, and the ozone layer thanks to life
En toen kwamen de scheikundigen… Sinds 1928
Waarom CFK’s en halonen steeds meer werden gebruikt, vooral na WO-II: -Stabiel -Niet giftig -Niet corrosief -Niet brandbaar •Ideale vervanger van o.a. ammoniak als koelmiddel •Ideaal als vernevelaar voor gebruik in spuitbussen •Ideaal voor brandbestrijding •Ideaal als blaasmiddel voor piepschuim •Ideaal als oplosmiddel voor het schoonmaken electronica •etc
Help, een ozongat!
Total ozone column
Farman et al, Nature, 1985
zien Het ozongat boven de Zuidpool op 5 oktober 2006
Er is nu ruim 30 jaar aan satellietmetingen van ozon
2009
2008
2007
2006
2005
2004
veel
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
1984
1983
Ozonverlies (1979 – 2009)
weinig
more data and information can be found at www.temis.nl
zien • •
We hebben goed zicht op de ozonlaag Elke dag kunnen we voor overal op aarde een goede UV verwachting geven
Zonkracht 28 mei 2013
Ozonlaag 28 mei 2013
zien
Filmpje zuidpool 2012: ozon en UV
zien
Zonkracht 12-14 in Patagonië (= breedtegraad van Nederland!)
Extreme sunbathing: Three weeks of small total O3 columns and high UV radiation over the southern tip of South America during the 2009 Antarctic O3 hole season A.T.J. de Laat, R.J. van der A, M.A.F. Allaart, and M. van Weele, C., C., M. Pae, E. Quel, J. Salvador and E. Wolfram GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, 2010. AGU "Research Spotlight” Nature “Research Highlight”
Maatschappelijke effecten
Bewustwording van schadelijke UV-straling van de zon
DNA-schade
Huidkanker
Maatschappelijke reactie Het succes van het Montreal Protocol (1987): Een gefaseerd uitbannen van de productie van alle ozonafbrekende stoffen
begrijpen Chapman Cyclus
•
Natuurlijke ozonvorming onder invloed van ultraviolet zonlicht
O2 + hν → O + O (λ<242.4 nm) O + O2 + M → O3 + M •
Natuurlijke ozonafbraak
O3 + hν → O + O2 (λ<280 nm) O + O3 → 2O2 O + O + M → O2 + M
Sidney Chapman, ca. 1930
begrijpen Katalytische ozonafbraakprocessen
X + O3 → XO + O2 XO + O → X + O2
________________________
net: O3 + O → 2O2 X = HOx (•H, •OH, HOO•) NOx (NO•, •NO2) ClOx (•Cl, ClO•) BrOx (•Br, BrO•)
Cl opgeslagen in reservoirs HCl, ClONO2 ClO• + NO2• → ClONO2 Cl• + CH4 → HCl + CH3•
Paul Crutzen, ca. 1970 Nobel Prize in 1995
begrijpen Heterogene chemie Ozongat: polaire stratosferische wolken IJskristallen binden HNO3 en vallen naar beneden (denitrificatie) => chloor-activatie • Cl2 valt vervolgens uiteen onder invloed van zonlicht • Het moet wel voldoende koud zijn (de zuidpoolwinter is koud genoeg, de noordpoolwinter meestal niet)
ClONO2 + HCl → Cl2 + HNO3,wolken Cl2 + hν → 2Cl•
Polar Stratospheric Clouds (PSCs)
Parelmoer wolken
begrijpen De grootte van het ozongat verschilt van jaar tot jaar
Typisch 25-50% minder ozonafbraak in jaren met een warmere stratosfeer
begrijpen Ozone destruction goes by the square of ClO concentration [ClO]2. All ozone destroyed in lower stratosphere Higher up it is a little bit warmer => Very little ozone destruction
cold enough
PSC formation threshold temperatures
Red = 2010
minor warming event
begrijpen • De chemie van het ozongat is zeer gevoelig voor een beetje opwarming in de poolwinter • Als de temperatuur maar net boven een drempelwaarde voor PSC formatie uitkomt, blijft een ozongat uit. • Daarom ontstaat er boven de noordpool meestal geen ozongat
Scientific Reports (Nature Publishing Group), 2011
verwachten Pool
Evenaar Stratosfeer
Troposfeer
Trage verwijdering van chloor uit de stratosfeer •Door luchtstromingen en uitzakking aan vaste deeltjes beweegt het chloor langzaam van de stratosfeer naar de troposfeer •Door wolkenvorming en neerslag verdwijnt het chloor vervolgens uit de troposfeer
What if: broom i.p.v. chloor? A world avoided… Paul Crutzen, Amsterdam, 2001: “Had industry used bromine instead of chlorine in the chemicals used in spray cans and as solvents and refrigerants, we would have had a catastrophic ozone hole everywhere and at all seasons by the mid 1970s.” “The impact on the chemistry of the atmosphere would have been profound, and the consequences for life on the surface of the planet would have been severe.” “We avoided such a fundamental change in Earth's chemical mode of operation by luck rather than foresight and planning”
What if: klimaateffect zonder Montreal Protocol En wat we, bij toeval, nog meer hebben voorkomen…
Wereldozondag 16 september 2013 Brochure 2013 “Een gezonde ozonlaag lijkt dichterbij dan verstandig zongedrag”
Overhandiging afgelopen maandag 16 september in Den Haag v.l.n.r. Frits Brouwer (dir. KNMI), Chris Kuipers Min I&M en Marcel van Raaij (dir. RIVM)
Wereldozondag 16 september 2013 “De dikte van de ozonlaag boven Nederland zal zich naar verwachting over ongeveer 20 jaar herstellen op het niveau van 1980.”
“Dankzij de wereldwijde maatregelen die genomen zijn ter bescherming van de ozonlaag lijkt in de afgelopen jaren sprake van een stabilisatie van het ozongat boven de Zuidpool, en zelfs zijn er tekenen van een beginnend herstel.”
verwachten Interactie tussen toename CO2 en herstel van de ozonlaag?
X X = 400 ppm
Meer CO2: • geeft een koudere stratosfeer => vertraagd het herstel van ozon • verandert de luchtstromingen => versneld het herstel van ozon
Huidig onderzoeksthema: Ozon-klimaat interacties
Verschuivingen in de positie van de straalstroom door de ozonafbraak en herstel?
CO2-Klimaat analogie? de start
zien NOAA
Effecten?
Reactie?
begrijpen Rahmstorf et al., ERL, 2012
Checken?
Verwachten?
In hoeverre werkt de analogie CO2 => klimaatverandering Waar staan we nu?
| CFK’s => afbraak ozonlaag?
De lezing van vandaag de start
zien
begrijpen
klimaat
effecten checken reactie
verwachten
Filmpje Space Station
Chemie van de Ozonlaag
R u im te vo or V ra ge n
