Stratosfeer en ozonlaag. Dr. Michiel van Weele Atmosfeer- en Klimaatonderzoek KNMI, De Bilt

Transcriptie

1 Stratosfeer en ozonlaag Dr. Michiel van Weele Atmosfeer- en Klimaatonderzoek KNMI, De Bilt

2 De lezing van vandaag De start zien begrijpen klimaat effecten checken reactie verwachten

3 In den beginnne Life exists thanks to the ozone layer, and the ozone layer thanks to life

4 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

5 Help, een ozongat! Farman et al, Nature, 1985 Total ozone column

6 zien Er is nu ruim 30 jaar aan satellietmetingen van ozon weinig veel Het ozongat boven de Zuidpool op 5 oktober 2006 more data and information can be found at Ozonverlies ( )

7 zien We hebben goed zicht op de ozonlaag Elke dag kunnen we voor overal op aarde een goede UV verwachting geven Ozonlaag 28 mei 2013 Zonkracht 28 mei 2013

8 zien Filmpje zuidpool 2012: ozon en UV

9 zien Zonkracht 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, AGU "Research Spotlight Nature Research Highlight

10 Maatschappelijke effecten Bewustwording van schadelijke UV-straling van de zon DNA-schade Huidkanker

11 Maatschappelijke reactie Het succes van het Montreal Protocol (1987): Een gefaseerd uitbannen van de productie van alle ozonafbrekende stoffen

12 begrijpen Chapman Cyclus Natuurlijke ozonvorming onder invloed van ultraviolet zonlicht O 2 + hν O + O (λ<242.4 nm) O + O 2 + M O 3 + M Natuurlijke ozonafbraak O 3 + hν O + O 2 O + O 3 2O 2 (λ<280 nm) Sidney Chapman, ca O + O + M O 2 + M

13 begrijpen Katalytische ozonafbraakprocessen X + O 3 XO + O 2 XO + O X + O 2 net: O 3 + O 2O 2 X = HO x ( H, OH, HOO ) NO x (NO, NO 2 ) ClO x ( Cl, ClO ) BrOx ( Br, BrO ) Cl opgeslagen in reservoirs HCl, ClONO 2 ClO + NO 2 ClONO 2 Paul Crutzen, ca Nobel Prize in 1995 Cl + CH 4 HCl + CH 3

14 begrijpen Heterogene chemie Ozongat: polaire stratosferische wolken IJskristallen binden HNO 3 en vallen naar beneden (denitrificatie) => chloor-activatie Cl 2 valt vervolgens uiteen onder invloed van zonlicht Het moet wel voldoende koud zijn (de zuidpoolwinter is koud genoeg, de noordpoolwinter meestal niet) ClONO 2 + HCl Cl 2 + HNO 3,wolken Cl 2 + hν 2Cl Parelmoer wolken Polar Stratospheric Clouds (PSCs)

15 begrijpen De grootte van het ozongat verschilt van jaar tot jaar Typisch 25-50% minder ozonafbraak in jaren met een warmere stratosfeer

16 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

17 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

18 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

19 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

20 What if: klimaateffect zonder Montreal Protocol En wat we, bij toeval, nog meer hebben voorkomen

21 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)

22 Wereldozondag 16 september 2013 De dikte van de ozonlaag boven Nederland zal zich naar verwachting over ongeveer 20 jaar herstellen op het niveau van 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.

23 verwachten Interactie tussen toename CO 2 en herstel van de ozonlaag? X X = 400 ppm Meer CO 2 : geeft een koudere stratosfeer => vertraagd het herstel van ozon verandert de luchtstromingen => versneld het herstel van ozon

24 Huidig onderzoeksthema: Ozon-klimaat interacties Verschuivingen in de positie van de straalstroom door de ozonafbraak en herstel?

25 CO 2 -Klimaat analogie? de start zien begrijpen NOAA Rahmstorf et al., ERL, 2012 Effecten? Reactie? Checken? Verwachten? In hoeverre werkt de analogie CO 2 => klimaatverandering CFK s => afbraak ozonlaag? Waar staan we nu?

26 De lezing van vandaag de start zien begrijpen klimaat effecten checken reactie verwachten

27 Filmpje Space Station

28 Chemie van de Ozonlaag Ruimte voor Vragen