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Spurengase

 
     
  allgemein alle gasförmigen Beimengungen, die neben dem molekularen Sauerstoff (O2) und molekularen Stickstoff (N2) in der atmosphärischen Luft vorhanden sind. Die Spurengase
werden zusammen mit dem atmosphärischen Aerosol als atmosphärische Spuren-stoffe bezeichnet.
Wasserdampf (H2O), der in der Troposphäre in sehr variablen Konzentrationen (Luftfeuchte) vorkommt, wird nicht den troposphärischen Spurengasen zugeordnet. Wasserdampf ist aber in der
wesentlich trockeneren Stratosphäre als wichtiges Spurengas zu berücksichtigen. Der
atmosphärische Gehalt eines Spurengases wird deshalb allgemein als Mischungsverhältnis
angegeben und auf trockene Luft bezogen. Die mittleren Mischungsverhältnisse der verschiedenen
atmosphärischen Spurengase unterscheiden sich um mehrere Grössenordnungen (Tab.). Ihr Wert
hängt von der Wirksamkeit aller physikalisch/chemischen Prozesse ab, durch die die einzelnen
Spurengase gebildet (Quellen) bzw. zerstört (Senken) werden, wie z.B. photochemische Reaktionen,
Deposition, natürliche und anthropogene Emissionen. Die globale Verteilung eines Spurengases ist
durch die räumliche Verteilung und zeitliche Variabilität seiner spezifischen Quellen und Senken
sowie durch die dynamischen Transportprozesse der atmosphärischen Zirkulation bestimmt. Die
Erforschung des atmosphärischen Kreislaufs der Spurengase ist Ziel der Luftchemie. Dazu wird im
einfachsten Ansatz die Atmosphäre insgesamt oder ihre einzelnen Bereiche als ein Reaktor
betrachtet und die zeitliche Änderung der vorhandenen Spurengasmenge M unter dem Einfluss aller
internen und externen Quellen Q und Senken S berechnet: dM/dt=Q-S.
Die Stärke der Senken (einschliesslich des Transports durch die Grenzflächen des Reaktors) hängt
von der Menge selbst ab, und deshalb gilt: S=ΣSn=Σkn·M,


wobei kn die Geschwindigkeitskonstanten der n einzelnen Senken sind. Mit τn=1/kn bezeichnet man die sog. charakteristischen Zeiten, d.h. den Zeitraum, in dem M durch die Wirkung einer Senke Sn auf das 1/e-fache des Anfangswertes abgenommen hat (bei chemischen Reaktionen also die chemische Lebenszeit). Im Gleichgewicht entspricht der Gehalt eines Spurengases dann dem mittleren Mischungsverhältnis im Reaktor und ist zeitlich konstant, dM/dt=0, und es gilt:

Spurengaseτ=1/Σkn=1/Σ1/τn ist die mittlere Verweilzeit des Spurengases im Reaktor. Sie kann nach der Gleichung: τ=M/Q=M/S berechnet werden, wenn M (aus Messungen) bekannt ist und Abschätzungen von Q bzw. S vorhanden sind. Die Verweilzeit ist ein geeigneter Parameter zur Abschätzung des Spurengashaushaltes in Teilbereichen der Atmosphäre (Nord- oder Südhemisphäre, Troposphäre bzw. Stratosphäre), in denen unterschiedliche Quellen und Senken zu berücksichtigen sind. Eine detaillierte Untersuchung der Spurengasverteilung in der Atmosphäre erfordert einerseits umfangreiche experimentelle Beobachtungen, andererseits den Einsatz von aufwendigen numerischen Reaktionsmodellen, denn die Quellen und Senken eines Spurengases können vielfältige Auswirkungen auf die Verteilung anderer Spurengase und deren zeitlicher Änderung durch natürliche und anthropogene Prozesse haben.

SpurengaseSpurengase (Tab.) : wichtige troposphärische Spurengase.
 
 

 

 

 
 
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