Globale Destillation

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Definition „Globale Destillation“

3 Zirkulation der Atmosphäre

4 Transportprozesse
4.1 Bodennahe Transportprozesse (Grenzschicht) und Spurenstofftransport im inhomogenen Gelände
4.2 Großräumige Transportprozesse
4.3 Interkontinentale Transportprozesse

5 Transportstoffe der Globalen Destillation
5.1 Ozon
5.2 Aerosole
5.3 PoPs (persistent organische Schadstoffe)
5.4 Neue Dauergifte

6 Folgen und Auswirkungen der Globalen Destillation
6.1 „Arctic Haze“
6.2 Auswirkungen auf das globale und Regionale Klimageschehen
6.3 Auswirkungen auf den Menschen und die Tierwelt

7 Fazit

8 Literaturverzeichnis

9 Internetquellen

1 Einleitung

„ Die chemische Zusammensetzung unserer Atmosphäre ist entscheidend von Transportprozessen bestimmt, die von kleinen Wirbeln bis zu großräumigen interkontinentalen Strömungen reichen können “ (SCHULTZ/STOHL/VOGEL 2007:266).

Diese Transportprozesse sind daher ausschlaggebend, wenn es um Luftschadstoffe geht. Sie werden aus den Quellregionen abtransportiert und können mehrere Tausendkilometer entfernt die Luftqualität beeinflussen sowie meteorologische Phänomene hervorrufen.

Diese Hauptseminararbeit beschäftigt sich mit der Globalen Destillation und dem interkontinentalen Ferntransporte von Luftschadstoffen. Um ein umfassendes Bild dieser Prozesse zu bekommen werden jedoch nicht nur die grundlegenden Transport- und Zirkulationsprozesse betrachtet und erklärt, sondern auch Ausnahmephänomene wie z.B. der Actic Haze. Eine grundlegende Definition des Arbeitsbegriffes darf natürlich nicht fehlen. Die Auswirkungen der Globalen Destillation für Mensch und Tier, werden unter Berücksichtigung der transportierten Luftschadstoffe ergänzt. In einem abschließenden Fazit werden die Ergebnisse zusammengefasst.

2 Definition „Globale Destillation“

Der Begriff „ Globale Destillation“ (kalte Kondensation) wird definiert als „nordwärts gerichteter Transport von flüchtigen Schadstoffen aus den gemäßigten und tropischen Breiten in die Arktis und Kondensation/Eintrag dieser Schadstoffe in das arktische Ökosystem “ (STIEHL/PFORDT/ENDE 2007:61). Durch Niederschläge werden die Schadstoffe in der Zielregion wieder frei gegeben und im Boden, dem Wasser, in Tieren (z.B. Fische) oder dem menschlichen Körper angereichert bzw. abgelagert. Letzteres geschieht dabei vorrangig durch die Nahrungsaufnahme. Auswaschungseffekte dauern in der Regel mehrere Jahre.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Transportprozesse der Globalen Destillation (TGL 2006)

Grundlegend beim Prozess der Globalen Destillation ist der Schadstofftransport aus den warmen Breiten in kältere Regionen und ist daher nicht nur auf die vertikale oder horizontale Ebene beschränkt, sodass auch Schadstoffeinträge ins Hochgebirge dem Prinzip der Globalen Destillation entsprechen. Abbildung 2 beschreibt diese Zusammenhänge. Da der Vorgang mit dem physischen Prozess der Destillation vergleichbar ist, lässt sich der Begriff „Globale Destillation“ ableiten.

Verbunden mit der „Globalen Destillation“ ist außerdem das Phänomen des „Global fractionation“ (Zerstreuung/Aufteilung), welches sich durch zwei Eintragswege unterscheidet (vgl. Abbildung 2):

- „ Relativ volatile Substanzen mit hohem Dampfdruck gehen nach Ausbringung in die Gasphase über und werden direkt in die Ablagerungsregion “ (STIEHL/PFORDT/ENDE 2007:61) transportiert.
- „ Semi-volatile Verbindungen […] werden temperaturabhängig zwischen Gasphase und Luftpartikeln verteilt (Adsorption). “ (STIEHL/PFORDT/ENDE 2007:61) Diese gelangen durch den Niederschlag in den Boden oder den Wasserkreislauf zurück. Bei günstigen Wetterbedingungen kommt es zu einer erneuten Kondensation. Dieser Prozess (Eintrag – Kondensation - Eintrag) wiederholt sich permanent, so dass die Substanzen nach Norden bzw. in kältere Breiten oder Höhen transportiert werden (grasshopper-effect).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Zunahme der Belastung mit Lindan in den Rocky Mountains (KRAUTER/SEIDL 2002:13)

Die Überlegungen dieses Modell beschränken sich jedoch auf neutrale und persistente Verbindungen, die über die atmosphärische Zirkulation verbreitet werden. Diese Definition beruht auf Goldbergs Modell der „Globalen Destillation“, das bereits 1975 veröffentlicht wurde (vgl. STIEHL/PFORDT/ENDE 2007:61). Damals wurden hohe Konzentrationen von Schadstoffen im Fettgewebe arktischer Tierarten nachgewiesen, die dort nie verwendet worden waren. Als Quellländer wurden schließlich die tropischen Breiten festgestellt. Als man der Frage nachging, wie diese Stoffe über so große Entfernungen transportiert werden konnten, entstand das Konzept der globalen Destillation. Genaue Transportwege und Eintragswege. können jedoch erst heute mit moderner Technik nachgewiesen werden. Die Globale Destillation beschreibt aber auch den horizontalen Transport von Schadstoffen. Diese werden dann in den Hochgebirgen der Erde abgelagert. Hohe Konzentrationen sind beispielsweise in den Alpen oder Rocky Mountains dokumentiert (Abbildung 3). Hier sind vor allem Gletscher, Gletschersee aber auch die Vegetation und die Tiere betroffen (vgl. KRAUTER/SEIDL 2002:13ff).

3 Zirkulation der Atmosphäre

Die Dynamik der Atmosphäre lässt sich aufgrund der Kugelgestalt der Erde auf die Wirkung der Lufttemperatur zurückführen. Sie bestimmt die Entstehung von sogenannten thermischen Hochs und Tiefs. Grundlegend ist dabei die Abnahme des Strahlungsgenuß nach dem Lambertschen Gesetzes zu den Polen hin. Die Luft der niedrigen Breiten ist dadurch wärmer als in den hohen Breiten der Erde. Zusätzlich nimmt der Luftdruck in kalter Luft mit der Höhe schneller ab, als in warmer, d.h., dass der Luftdruck über den äquatornahen Gebieten langsamer zurückgeht als in den kalten Polargebieten der Erde. Dadurch ergibt sich für die Flächen gleichen Luftdrucks ein dachartiger Aufbau der vom Äquator zu den Polen hin anfällt. Das Resultat ist die Ausbildung zwei verschiedener Luftmassen (vgl. HÄCKEL 1999:260f):

„ eine warme in den strahlungsreichen Zonen der niedrigen Breiten und je eine kalte in den strahlungsarmen, höheren Breiten. Entsprechend ihrer geographischen Lage bezeichnet man sie als tropische und als polare Luftmassen.“ (HÄCKEL 1999:261)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Schematisierte Darstellung der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre (HÄCKEL 199:280)

Vereinfacht gesagt entsteht durch die Gradientenkraft und den beschriebenen Luftmassen ein Wind der vom hohen zum tiefen Druck fließt. Eine solche großräumige Strömung findet sich auch vom Äquator nach Süden und Norden. Durch den Einfluss der Corioliskraft ergibt sich aus der meridionalen Luftbewegung eine Erdkugel umspannende Strömung von Westen nach Osten (planetarischer Westdrift).

Die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre lässt sich nun anhand der Abbildung 4 beschreiben. Wärme wird aus den äquatornahen Wärmeüberschußzonen durch die Antipassate nach Norden bzw. nach Süden transportiert. Gleichzeitig führen die Passate zum Ausgleich kühlere Luft zu. Die Innertropische Konvergenzzone entsteht schließlich dort, wo die Passate aufeinanderstoßen. Die Passatzirkulation reicht etwa von 25° bis 35° Breite. Der subtropische Hochdruckgürtel schließt sich mit überwiegend absinkenden Luftbewegungen an (Roßbreiten). Der Hochdruckeinfluss lässt dabei kaum Wolkenbildung zu. Jenseits dieses Hochdruckgürtels befinden sich die mit der Westdrift ziehenden Zyklone, welche einen polarwärts gerichteten Warmluftvorstößen und äquatorwärts gerichtete Kaltluftausbrüche. Sie bestimmten den meridionalen Energietransport. Zwischen den subpolaren Tiefdruckrinnen und polaren Kältehochs findet ein Wärmeaustausch statt (vgl. HÄCKEL 1999:279f). Globale Strömungsprozesse können dabei eine enorme Länge und Zeit erreichen (vgl. Abbildung 5).

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Abbildung 5: Längen und Zeitskalen atmosphärischer Transportprozesse (SCHULTZ/STOHL/VOGEL 2007:268)

Die Abbildung 5 verdeutlicht, dass die Dauer eines Wetterphänomens darüber entscheidet, wie lange eine Luftmasse, und damit auch Luftbeimengungen, transportiert werden können.

Die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre beschreibt somit alle globalen Luftströmungen, die durch unterschiedliche Energiezufuhr und damit unterschiedliche Erwärmung der Erdoberfläche entsteht. Entscheidend für die Betrachtung der Globalen Destillation ist die Troposphäre, die sich an den Polen in ca. 8 Km Höhe findet, in den tropischen Regionen in 18 Km Höhe. Die allgemeine Zirkulation der Troposphäre lässt sich in drei Systeme unterteilen. Abbildung 6 stellt die drei thermodynamischen Zirkulationssysteme dar:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Schematisierte Darstellung der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre (KASANG 2009)

Die Hadley-Zelle zeichnet sich durch Luftmassen aus, die sich über der stark erwärmten Erdoberfläche in Äquatornähe erwärmt und ausdehnt. Diese „leichtere“ Luft steigt in der Folge auf und wir in der Höhe Richtung Subtropen transportiert. Hier sinkt die Luftmasse aufgrund der niedrigeren Temperatur wieder ab und fließt als Ausgleichsströmung in Richtung Äquator. An den Polen findet sich die Polare-Zelle. Ihre Luftmassen steigen zwischen dem 50° und 70° auf und sinken an den Polen wieder ab. Zwischen diesen beiden Zellen liegt die Ferrel-Zelle. Die Polare- und die Ferrel-Zelle sind wesentlich schwächer als die Handley-Zelle. Dies liegt vor allem an der zunehmenden Coriolis-Kraft in Richtung der Pole (vgl. BERGMANN/SCHÄFER 2001:374).

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