In polaren Eiswolken können Eiskristalle auch bei minus 90 Grad Celsius von einem flüssigen Mantel umgeben sein. Dies haben Chemiker um Thomas Lörting vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck nun gezeigt. Diese Entdeckung liefert eine wichtige Erklärung für Mechanismen bei der Entstehung des Ozonlochs.
Österreicher entdecken Puzzlestein für die Erklärung des Ozonlochs<% image name="EiswolkenWeb" %>
<small>Die Wassertröpfchen der Stratosphäre enthalten Salpetersäure und Schwefelsäure, die nach der Bildung der Eiskristalle in der Flüssigkeit angereicht werden und wie ein Gefrierschutz wirken.</small>
Thomas Lörting und Anatoli Bogdan arbeiteten Anfang der 2000er-Jahre als Postdocs im Labor von Mario Molina am M.I.T. Der Mexikaner war 1995 für die Erforschung der Zerstörung der Ozonschicht mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet worden. Demnach werden Fluorchlorkohlenwasserstoffen oberhalb der Ozonschicht vom UV-Licht der Sonne aufgespalten. Dabei bilden sich neben Fluor und Kohlenwasserstoffen Chlorverbindungen, zunächst als inaktive Reservoirverbindungen. Auf polaren Eiswolken werden diese in aktive Verbindungen umgewandelt, weshalb das Ozonloch auch alljährlich nur über den Polen entsteht. Unbekannt war aber bis dato, welche Eigenschaften der Polarwolken diesen zerstörerischen Prozess anstoßen.
<b>Gefrierschutz für Wolken</b>
„Die herkömmliche Theorie ging davon aus, dass die Kristalle in den polaren Eiswolken vollständig gefroren sind“, erzählt Thomas Lörting. Der Chemiker hat nun mit seiner Gruppe diesen Prozess im Labor simuliert. Dazu haben die Forscher Wassertröpfchen, die der chemischen Zusammensetzung in den Eiswolken entsprechen, langsam abgekühlt. „Mit thermischen Analysen und im Mikroskop konnten wir beobachten, dass die Eiskristalle sich im Inneren der Tröpfchen bilden und auch bei minus 80 oder minus 90 Grad Celsius, der Temperatur der Stratosphäre über den winterlichen Polen, ein flüssiger Mantel erhalten bleibt“, schildert der Chemiker. „Dies hängt mit den chemischen Beimischungen zusammen: Die Wassertröpfchen enthalten Salpetersäure und Schwefelsäure, die nach der Bildung der Eiskristalle in der Flüssigkeit angereicht werden und wie ein Gefrierschutz wirken.“ Bisher hatte man angenommen, dass sich die Säuren im Inneren der Eiskristalle sammeln.
<b>Eiswolken bilden Milieu für chemische Reaktionen</b>
Die von Lörting und seinen Kollegen entdeckte Flüssigkeitsschicht auf den Eiskristallen bildet ein ideales Milieu für chemische Reaktionen und könnte die rasche Bildung der zerstörerischen Chlorverbindungen in den nur teilweise gefrorenen Tröpfchen der stratospherischen Wolken erklären. Wenn nach den kalten Polarnächten über den Polen die Sonne wieder aufgeht, verdampfen die Eiswolken und mit ihnen die aktiven Chlorverbindungen, die dabei das umgebende Ozon in Sauerstoff umwandeln und damit die Ozonschicht in der Stratosphäre zerstören, die uns vor dem UV-Licht schützt. „Dies erklärt auch, warum andere Oberflächen, wie Staub, Ruß oder Salzteilchen nicht den gleichen Prozess in Gang setzen“, erläutert Lörting. „Es sind die spezifischen Bedingungen in den polaren Eiswolken, die die Zerstörung der Ozonschicht befördern.“
<small>Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift „Nature Chemistry“ publiziert: „Formation of mixed-phase particles during the freezing of polar stratospheric ice clouds.“ Bogdan A, Molina MJ, Tenhu H, Mayer E und Lörting T. Nature Chemistry, Advance Online Publication am 31. Januar 2009. DOI: 10.1038/nchem.540</small>
