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Forschung : Zuverlässiger Luftreiniger

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Schadstoffe, Vulkanausbrüche, Brände: Hydroxyl-Radikale sorgen für reine Luft Bild: picture-alliance/ dpa/dpaweb

Die Konzentration der Hydroxyl-Radikale in der Lufthülle der Erde ist überraschend stabil. Das zweiatomige Molekül verwandelt Schadstoffe in harmlosere Substanzen - und spielt die wichtigste Rolle für die Selbstreinigungskraft der Atmosphäre.

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          Daß die Lufthülle der Erde noch so sauber ist, erscheint auf den ersten Blick verwunderlich. Schließlich gelangen seit Jahrzehnten täglich weltweit Millionen Tonnen von Schadstoffen in die Atmosphäre, sei es als Abgase aus Fabrikschloten und Automotoren, sei es bei Vulkanausbrüchen oder großen Wald- und Buschbränden. Einer der Gründe dafür, daß die Konzentration der Schadstoffe nicht überhandnimmt, ist die Selbstreinigungskraft der Lufthülle.

          Dabei spielt ein zweiatomiges Molekül, das aus einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom besteht, zweifellos die wichtigste Rolle. Dieses sogenannte Hydroxyl-Radikal wird oft auch als das „chemische Waschmittel“ oder als der „Staubsauger“ der Atmosphäre bezeichnet. Zwei deutschen Forschern ist es nun erstmals gelungen, die Konzentration des äußerst kurzlebigen Spurenstoffes in der Atmosphäre über einen langen Zeitraum zu messen.

          Schadstoffe in harmlose Substanzen verwandeln

          In der Luft entsteht das Hydroxyl-Radikal in zwei Schritten. Zunächst wird Ozon durch die ultraviolette Sonnenstrahlung in ein zweiatomiges Sauerstoffmolekül und ein einzelnes Sauerstoffatom gespalten. Weil in dem Sauerstoffatom der größte Teil der Bindungsenergie bleibt, ist es in der Lage, ein Wassermolekül, wenn es sich ihm anlagert, aufzubrechen. Als Endprodukt entstehen dabei zwei Moleküle aus jeweils einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom. In diesen Hydroxyl-Radikalen gibt es freie Elektronen, die unbedingt nach einem Partner suchen. Die Moleküle sind deshalb chemisch äußerst reaktionsfreudig.

          Im Durchschnitt finden die Hydroxyl-Radikale in der irdischen Lufthülle schon innerhalb einer Sekunde nach ihrem Entstehen einen Partner. Dabei verwandeln sie Schadstoffe wie Stickoxyde, Kohlenmonoxyd oder Kohlenwasserstoffe in harmlosere Substanzen und reinigen auf diese Weise die Luft. Allerdings hat die kurze Halbwertzeit der Hydroxyl-Radikale einen erheblichen Nachteil. In der bodennahen Luft kommt in der Regel nur ein Hydroxyl-Radikal innerhalb von 1.013 Luftmolekülen vor. Wegen dieser geringen Menge läßt sich ihre Konzentration nur schwer zuverlässig messen.

          Anteil des Hydroxyl-Radikals stabil

          Über dem Meteorologischen Observatorium auf dem Hohenpeißenberg in Bayern haben nun Franz Rohrer vom Forschungszentrum Jülich und Harald Berresheim vom Deutschen Wetterdienst fünf Jahre lang kontinuierlich die Konzentration des Radikals in der Luft gemessen. Wie die beiden Wissenschaftler in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift „Nature“ (Bd. 442, S. 184) schreiben, stellte sich dabei heraus, daß der Anteil des Hydroxyl-Radikals überraschend stabil ist.

          Für dessen Konzentration lassen die Messungen allein eine Abhängigkeit von der Intensität der ultravioletten Sonnenstrahlung im Spektralband zwischen 305 und 330 Nanometern erkennen. Je mehr von dieser UV-B-Strahlung die Troposphäre erreicht, desto mehr Ozonmoleküle können gespalten werden und desto mehr Hydroxyl-Radikale entstehen. Eine Abhängigkeit davon, wie viele Schadstoffe in der Luft sind, konnten die Forscher nicht wahrnehmen. Das Hydroxyl-Radikal scheint seine chemische Umgebung so zu beeinflussen, daß dieser und andere Einflüsse nicht zu sehen sind.

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