Die vom Menschen verursachten Emissionen von Distickstoffoxid (N₂O) nehmen weltweit rapide zu und stellen voraussichtlich eine wachsende Bedrohung für die Ozonschicht der Erde dar. In den 1970er Jahren wurde entdeckt, dass N₂O in der oberen Atmosphäre durch seine Wechselwirkung mit niederenergetischen Elektronen ozonschädigende Reaktionen auslösen kann. Die vollen Auswirkungen dieses Prozesses auf die Ozonschicht sind jedoch noch immer kaum verstanden.
Neue Forschung veröffentlicht In Das European Physical Journal Dgeleitet von Mareike Dinger an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, liefert umfangreiche experimentelle Daten zur Wechselwirkung zwischen N₂O und diesen niederenergetischen Elektronen. Ihre Messungen könnten tiefere Einblicke in den Einfluss von vom Menschen verursachten N₂O-Emissionen auf den zukünftigen Zustand der Ozonschicht der Erde bieten.
N₂O ist chemisch inert und kann daher in die Stratosphäre aufsteigen, ohne von anderen Gasen abgebaut zu werden. Dort kann es durch niederenergetische Elektronen ionisiert werden, die durch kosmische Strahlung aus dem Weltraum erzeugt werden, die mit Atomen und Molekülen in der Atmosphäre interagiert. Dadurch zerfällt das Gas in Substanzen wie Stickstoffmonoxid (NO), das dann als Katalysator in Reaktionen fungiert, die Ozon in andere Formen von Sauerstoff umwandeln.
Um diesen Prozess zu untersuchen, untersuchte Dingers Team den „Elektronenstoß-Ionisationsquerschnitt“ von N₂O, der die Wahrscheinlichkeit einer N₂O-Ionisierung durch ein Elektron misst und dabei die Richtungen und Energien der ein- und ausgehenden Elektronen berücksichtigt.
Die Forscher verglichen ihre Messungen mit theoretischen Berechnungen und früheren experimentellen Ergebnissen. Durch diese Vergleiche erstellten sie neue Datensätze mit erwarteten Werten für N₂O-Ionisationsquerschnitte, die Simulationen der Wechselwirkungen zwischen vom Menschen erzeugtem N₂O und Elektronen in der oberen Atmosphäre verbessern könnten.
Das Team hofft, dass die Ergebnisse den Forschern dabei helfen werden, genauere Vorhersagen über die Auswirkungen der vom Menschen verursachten N₂O-Emissionen auf den Ozongehalt der Atmosphäre zu treffen und so einen Beitrag zum Schutz der Ozonschicht der Erde in den kommenden Jahrzehnten zu leisten.
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M. Dinger et al, Differentiale elastische Streuung und Elektronenstoßionisationsquerschnitte von Lachgas, Das European Physical Journal D (2024). DOI: 10.1140/epjd/s10053-024-00880-0