Forschung: Einfluss Gewitter/Blitze auf Stickoxid/Ozon

[Severestorms]

Blitze erzeugen während eines Gewitters kurzzeitig Temperaturen von 30.000 Grad. Dabei werden aus dem Stickstoff und Sauerstoff in der Luft schädliche Stickoxide gebildet. => siehe http://www.nasa.gov/topics/earth/featur ... tning.html

Offen war bisher die Frage, wie viel Stickoxid dabei tatsächlich entsteht. Jetzt haben Forscher bei neuen Messungen ein überraschendes Ergebnis geliefert: In tropischen Gewittern wird weniger Stickoxid produziert als erwartet.

Hier der Artikel:

Tropische Gewitter keine Stickoxid-Schleudern
Neue Messflüge klären offene Fragen der Atmosphärenchemie

Gewitter haben großen Einfluss auf die Chemie der Atmosphäre und das Klima der Erde. In Blitzen bildet sich aus Stickstoff und Sauerstoff in erheblichen Mengen Stickoxid (NO). Offen war bisher die Frage, wie viel Stickoxid dabei tatsächlich entsteht. Jetzt haben Forscher bei neuen Messungen ein überraschendes Ergebnis geliefert: In tropischen Gewittern wird weniger Stickoxid produziert als erwartet.

Wissenschaftler vom Institut für Physik der Atmosphäre am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen haben in den letzten Jahren extreme tropische Gewitter mit einer Vielzahl von Missionen mit Forschungsflugzeugen und so genannten Blitzortungssystemen untersucht.

Vorgänge in extremen Gewitterwolken enthüllt
Dabei ergaben sich aus den Ergebnissen grundlegend neue und unerwartete Erkenntnisse zu den Vorgängen in extremen Gewitterwolken: „Obwohl es bei tropischen Gewittern zu einer sehr hohen Anzahl an Blitzen kommt, produzieren diese nicht so viel Stickoxid wie erwartet. Detaillierte Untersuchungen zeigen, dass nicht nur die Anzahl der Blitze von Bedeutung ist, sondern auch deren Länge“, erklärt Heidi Huntrieser, Meteorologin am DLR-Institut. „In tropischen, kurzlebigen Gewittern sind die Blitze im Mittel kürzer als in unseren Breiten. Dies liegt vor allem an der größeren Windscherung in unseren Breiten“, so Huntrieser.

Die größere Windscherung verursacht eine stärkere Änderung der Windgeschwindigkeit und –richtung. Dadurch wird der Auf- und Abwindbereich im Gewitter voneinander getrennt und das Gewitter kann sich verstärken, ausbreiten und länger erhalten bleiben. Die vor kurzem erschienenen Forschungsergebnisse der DLR-Wissenschaftler wurden jetzt auch von amerikanischen Wissenschaftlern bei der NASA bestätigt.


Messflüge in Gewitterwolken
In den letzten Jahren hat das DLR-Institut mehrere Messkampagnen im Rahmen von EU-Projekten in den Tropen durchgeführt. Gerade dort, wo die meisten Gewitter auftreten, hat man die auftretenden Stickoxide durch Messflüge in die Gewitterwolken ermittelt. Am Boden wurde vom DLR vor Ort ein LINET-Messnetz - Lightning Detection Network - zur Messung der Blitzaktivität in den Gewitterwolken installiert.

2004 und 2005 wurde das DLR-Forschungsflugzeug Falcon für Messflüge in Brasilien eingesetzt. Anschließend folgten Kampagnen in Australien und Westafrika. In Darwin, an der tropischen Nordspitze Australiens, wurde eines der stärksten und bekanntesten, regelmäßig auftretenden Gewitter der Welt - Hector - im Detail untersucht.

Gewitter mit geringer Klimawirkung?
Bei Blitzen entstehen Stickoxide, die wiederum das Treibhausgas Ozon erzeugen. Bisher wurde angenommen, dass sich in einem wärmeren Klima verstärkt Gewitter bilden könnten. Damit entstehen wieder mehr Stickoxide und mehr Ozon, was zu einer weiteren Klimaerwärmung führen könnte. Aber laut den Studien des DLR ist eher das Gegenteil der Fall. Gewitter werden in einem wärmeren Klima zwar stärker aber auch seltener. Daher kann die mittlere Zahl der Blitze auf dem Globus sogar abnehmen. Das würde nach Ansicht der Forscher auch einige Langzeitbeobachtungen über Häufigkeiten von Blitzen erklären.

Die Klimawirkung von Gewittern ist nach diesen Ergebnissen möglicherweise gerade das Gegenteil von dem, was bisher vielfach angenommen wurde. Für seine Studien nutzt das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre das globale Klimamodell ECHAM.

Quelle: http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-10 ... 12-03.html

Gruss Chrigi

[Willi]

Interessant - und es freut mich besonders, dass mit Heidi Huntrieser eine ehemalige Doktorandin der ETH - bei uns vor allem bekannt durch den von ihr entwickelten SWISS Index - massgeblich an der Studie beteiligt ist.

Gruss Willi

[Alfred]

Sali zäme, Ich kann es zwar nicht lesen , aber Klipsi ist ja ein Begriff!

Gruss, Alfred

[Cyrill]

@ Chrigi, Hoi

Erst einmal vielen Dank für die Eröffnung dieses Threads und die Mitteilung neuster Forschungsergebnisse auf diesem Gebiet.
Auch wenn der Artikel von ausgewiesenen Fachleuten verfasst wurde und sie demgemäss über ein viel umfangreicheres Fachwissen verfügen, als ich es tue, erlaube ich mir dennoch kritik - nicht um mich wichtig zu machen, sondern aufgrund meines bisherigen Kenntnisstandes, um Klarheit zu erlangen.

Denn dieser Artikel hat mich nun echt verwirrt. Habe ich nun doch seit Jahren in Gesprächen, vorallem während meinen Chasings mit den Bauern, jenen von den enormen Vorteilen von Blitzen erzählt, weil sie viel Dünger (Nitrate) produzieren! Sie waren erstaunt und teilten meine grundsätzliche Einstellung, die lautet: "Es ist doch viel sinnvoller, wenn die Natur selbst den Dünger für die Felder liefert, als ihn unökologisch und teuer künstlich herzustellen."
Habe ich denen einen "Chabis" erzählt? Definitiv Nein! Der Reihe nach:

Du schreibst in der Eingangszeile von "schädlichen Stickoxiden". Wo steht, dass sie schädlich sind? Im Artikel steht zwar "Bei Blitzen entstehen Stickoxide, die wiederum das Treibhausgas Ozon erzeugen. ..... mehr Ozon (führt) zu einer weiteren Klimaerwärmung."
Man darf hier aber nicht den Fehler machen, von den Blitzen gleich auf die Gefahr der Klimaerwärmung zu schliessen.

Ozon besteht aus drei Sauerstoffatomen, da hats kein "N", also kein Stickstoff dabei. Ozon ist für die Erde überlebenswichtig, weil sie die schädliche UV-Strahlung abhält. Das Edelgas ist zwar in höheren Konzentrationen schädlich, aber wie gesagt auch sehr nützlich. Die grösste Gefahr für die Menschheit besteht doch in der Auflösung der Ozonschicht (Ozonloch) und es wäre doch die halbe Miete, könnten wir dieses Loch schliessen. Doch am Südpol blitzt es nicht und die Blitze sind auch nicht direkt für eine erhöhte Menge Ozon verantwortlich. Dies wurde im Artikel trügerisch dargestellt; es ist grundsätzlich nicht falsch, aber unvollständig.

Der Treibhauseffekt, der ja ebenfalls schädlich ist, entsteht doch nur durch die Überproduktion von Ozon. Dabei ist die Beteiligung von Stickoxid produzierenden Blitzen verschwindend klein. Der Mensch ist Hauptproduzent. Jedes Kopiergerät und jeder Laserdrucker produziert Ozon. Jedes Auto, Flugzeug und jede Heizung usw. ist für die Überproduktion verantwortlich, weil enorm viel Kohlenwasserstoff in die Luft dispersiert werden. Ozon ist ein chemisches Produkt aus Stickoxiden und Kohlenwasserstoff.
Würden wir Menschen nicht so viel Kohlenwasserstoff produzieren, gäbe es auch kein Übermass an Ozon. Zu behaupten, Stickoxide seien massgeblich an der Überproduktion von Ozon und letztlich am Treibhauseffekt schuld, ist zwar grundsätzlich nicht falsch, aber übertrieben und letztlich "das Pferd von hinten aufgezäumt".
Quelle Ozon: http://www.bvdm-online.de/uwlexikon/o/ozon.html

Stickoxide (NO2) sind gasförmig und kommen in verschiedenen Verbindungsformen vor. Sie werden mit dem (Gewitter-)Regen quasi aus der Atmosphäre "gewaschen". Nach blitzreichen Gewittern kann man es förmlich riechen, denn die durch die chemische Verbindung produzierte Salpetersäure HNO3 ist nicht geruchsfrei. Die Salze, also die kristallinie Form der Salpetersäure nennt man Nitrate.
Nitrate sind aber ein unverzichtbares Düngemittel. Wikipedia, unter Abschnitt "Düngung" (Zitat:) "Nitrate werden von Pflanzen als Nährstoffe verwertet und in der Landwirtschaft als Düngemittel eingesetzt. Sie können direkt von pflanzlichen Organismen als Stickstoffquelle aufgenommen und verwertet werden."
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Nitrate

Nitrate können auch auf andere Weise entstehen (siehe "Guano"). Wo nitratarme Böden bestehen, oder durch Überwirtschaftung (z.B. Monokulturen) resultieren, hilft man mit künstlichem, nitrathaltigem Dünger nach. Die Beschaffung ist teuer und die Herstellung nicht gerade ökologisch, wenn man bedenkt, dass man ihn mittels Blitze gratis haben kann.
Dabei ist noch folgender Satz aus dem Artikel "Stickoxide NOx und „Düngung aus der Luft“ erwähnenswert: "In Bezug auf das Phänomen: „Saurer Regen“ stellt dieser Salpetersäure/Nitrat-Eintrag aber nur einen unbedeutenden Aspekt dar. Vor allem ist das aus technischen Verbrennungsprozessen (aber auch aus Vulkanen) stammende SO2 und damit H2SO3 (schweflige Säure) verantwortlich zu machen."
Quelle: http://biologie.psi-online.de/dateien/b ... de_nox.doc

Fazit: Blitze erzeugen Stickoxide, die in Verbindung mit Regen Nitrate produzieren, welche bei der natürlichen Düngung von Pflanzen notwendig und vorallem unschädlich sind. Je grösser die Niederschlagsmenge ist, desto grösser ist auch die produzierte Nitratmenge und desto weniger Stickoxide enthält die Atmosphäre. Bei geringerer Niederschlagsmenge, erhöht sich das Potenzial der Stickoxide sich mit Kohlenwasserstoff zu verbinden und Ozon zu erzeugen. Erst die übermässige Ozonbelastung führt zur schädlichen Klimaerwärmung, d.h. zum Treibhauseffekt. Die Erwärmung bedeutet einen erhöhten Sättigungsgrad der Troposphäre, wonach sich unter bestimmten Bedingungen mehr Wolken bilden. Darin liegt auch der Grund grösserer Niederschlagsmengen, als noch vor Jahrzehnten. Inwieweit sich die Natur so selber reguliert, kann ich nicht beurteilen.

Es gibt also keinen Umweg und keine Ersatzerklärung. Der Mensch sollte weniger Schadstoffe, weniger Kohlenwasserstoff produzieren und das Klimaproblem wäre weniger dramatisch.

Gruss Cyrill

[URBI]

@ Salü Cyrill

Jetzt mal der Reihe nach:

1.
zum "Chabis"
Ja, Du hast den Bauern Chabis erzählt.

2... 3... 4... ....

http://www.elke-hartleib.de/atmosphaere.htm#Stickoxide

Den Rest korrigiere aber bitte selber.

Grüsse

[Severestorms]

@Alfred: Danke für den Link! Folgenden Abschnitt aus dem Artikel deines Links möchte ich dabei herausheben:

While the output from cars and industry can be measured, lightning is a wildcard in models of regional air quality and global climate because it is difficult to realistically model several important lightning characteristics--e.g., lightning energy and the thermochemical yield of NOx produced by a lightning stroke. As such, the global production rate of lightning NOx is still uncertain, and ranges anywhere from 2 to 20 teragrams per year (1 teragram = 1 trillion grams).

ins Deutsche übersetzt:

Während die Abgase von Autos und Industrie gemessen werden können, stellen Blitze eine Art Wildcard in Modellen über die regionale Luftqualität und das Globalklima dar, weil es schwierig ist, verschiedene wichtige Blitzcharakteristiken realistisch zu modellieren. Wie z.B. die Blitzenergie oder die thermochemische Leistung von Stickoxiden während eines Blitzschlages. Darum ist die weltweite Produktionsrate von durch Blitze erzeugtem Stickoxid immer noch unbekannt, und dürfte sich zwischen 2 und 20 Terragramm pro Jahr (1 Terragramm = 1 Trillion Gramm) bewegen.

Hmm.... Habe soeben einen Artikel von 2008 gefunden mit ähnlichem Inhalt wie bei jenem im Eingangspost (auch dort ist schon von Forschungsergebnissen die Rede, wonach Blitze aus Tropengewittern weniger klimaschädlich seien als aus Gewittern in unseren Breiten), aber die Überschrift lautete damals: "Forscher entdecken Blitze als Klimasünder" .... interessant, was?! ??????

Hier der Artikel:

Eigentlich geht es Ulrich Schumann um die Frage, in welchem Ausmaß der Flugverkehr zum Klimawandel beiträgt. Flugzeuge stoßen nicht nur Kohlendioxid aus, sondern auch Stickoxide und Wasserdampf. Diese haben ebenfalls einen negativen Einfluss auf das Klima. Die Stickoxide sind in hohen Luftschichten sogar schädlicher als am Boden, weil sie dort zehnmal langsamer abgebaut werden.

Um einen Vergleichsmaßstab zu haben, untersucht Schumann zunächst die natürliche Produktion von Stickoxiden durch Blitze. Auf den Flugverkehr entfallen derzeit 0,7 Millionen Tonnen Stickoxide. Blitze hingegen erzeugen Schätzungen zufolge weltweit jedes Jahr etwa fünf Millionen Tonnen.


Pro Sekunde blitzt es 45 Mal auf der Welt

Hier sieht Schumann zudem die Gefahr einer positiven Rückkopplung, wie Klimaforscher einen Teufelskreis nennen. Denn der Klimawandel könnte Gewitter häufiger werden lassen, was wiederum die Produktion von Stickoxiden ankurbeln würde. Derzeit blitzt es in jeder Sekunde etwa 45 Mal auf der Welt - am häufigsten in den Tropen, am seltensten an den Polen.

Um zu untersuchen, wie sich die Luft in Wolken zusammensetzt, ist Schumann, der das Institut für Physik der Atmosphäre in der Nähe von München leitet, zusammen mit einem Kollegen vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz in Wolken geflogen.

Bei dieser Forschung spielt der Zufall eine große Rolle, denn Gewitter sind schwer vorauszusagen. In Brasilien hatten die Forscher Glück und konnten in unmittelbarer Nähe eines Gewitters nachweisen, dass Blitze Stickoxide erzeugen. Bei anderen Flügen, etwa in Australien, fanden sie immerhin einige Minuten nach den Blitzen erhöhte Konzentrationen von Stickoxiden in der Luft. Die Stickoxide führen später dazu, dass sich Ozon bildet. Ozon ist ein Treibhausgas, wenn auch kein ganz so wirksames wie Kohlendioxid.


Blitze in unseren Breiten sind besonders klimaschädlich

Das Forscherteam hat bei den bisherigen Flügen auch festgestellt, dass Blitze in unseren Breiten klimaschädlicher sind als die in den Tropen. Denn stärkere Winde in den nördlichen Breiten treiben die positiven und negativen elektrischen Ladungen auseinander, so dass die Blitze, die anschließend die Ladungen wieder ausgleichen, länger sein müssen. Obwohl es in Deutschland deutlich weniger blitze als in Südamerika, werde hierzulande durch Gewitter ähnlich viel Stickoxid produziert wie dort, sagt Schumann.

Das Umweltbundesamt geht davon aus, dass die Passagierzahlen im Flugverkehr in Zukunft deutlich zunehmen werden. "Der Flugverkehr macht einen Großteil der Minderungsbemühungen in anderen Sektoren zunichte", heißt es in einem Bericht der Behörde.

Doch nicht nur der Boom der Luftfahrtbranche belastet das Klima. Durch den Temperaturanstieg dürften auch Gewitter häufiger werden und damit mehr Stickoxide auf natürlichem Weg produziert werden. Der Weltklimarat IPCC hat im vergangenen Jahr schon gewarnt: "Der Niederschlag wird sich in Zukunft voraussichtlich auf heftige Einzelereignisse konzentrieren."

Problem El Nino

Nun berichten der Brite Richard Allan und sein amerikanischer Kollege Brian Soden im Wissenschaftsmagazin "Science", dass der Anstieg der Niederschlagextreme womöglich noch unterschätzt wird. Die beiden Forscher haben Satellitendaten für den tropischen Pazifik ausgewertet. Vor der Küste Süd- und Lateinamerikas wird das Wasser alle paar Jahre sehr warm, das Phänomen wird El Nino genannt. Dadurch gibt es auf dem amerikanischen Kontinent mehr Regengüsse und Überschwemmungen. Für Allan und Soden ist El Nino ein Testfall für andere Regionen der Erde, die sich künftig erwärmen werden.

Als die beiden Forscher die Niederschlagsdaten auswerteten, entdeckten sie einen starken Zusammenhang zwischen hohen Temperaturen und heftigen Regenfällen. Für die Wissenschaftler ist der Befund angesichts seiner sozialen und ökonomischen Konsequenzen so brisant, dass sie ihre Messungen noch einmal auf Fehler überprüfen wollen

Quelle: http://www.stuttgarter-zeitung.de/stz/p ... ender.html
.

Gruss Chrigi

[Cyrill]

Urbi, muss das sein?
Offenbar macht es Dir Spass mit dem minimalsten Aufwand schnell einen Link zu posten, ihn zu überfliegen (wenn überhaupt), dann noch 1,2,3,4 zu posten und mir zu unterstellen, ich erzähle einen "Chabis". Wenn Du es doch besser zu wissen glaubst, woraum hast Du es nicht gleich erklärt?

Zum mitlesen: Ich sprach von der Verbindung HNO3.

Ansonsten kann ich mir kaum vorstellen, dass der "antropogene Ursprung" (sprich "die vom Menschen verursachte Menge") der jährlich produzierten Kohlenwasserstoffe lediglich 3% beträgt. Nach meiner Rechnung sind 90 Millionen Tonnen 3% von 2,7 Milliarden Tonnen gesamthaft. Wenn das wirklich so wäre, müsste man an der Klimakonferenz in Kopenhagen nicht an den 3% schrauben, sondern an den anderen 97%, oder nicht? Vielleicht würde dies mehr bringen, den Rindern beizubringen weniger zu furzen; würde so der Ausstoss von Methan verringern.
Schon die Formel im Artikel machte mich etwas stutzig. Habe ich doch vom Chemieunterricht im Gymnasium noch deutlich in Erinnerung, dass es eine klare Unterscheidung von Säuren und Basen gibt. Wie kann aber eine Säure (Salpetersäure) aus Stickoxiden und dem basischen "OH" bestehen? (Hydroxid-Ionen sind chemische Verbindungen, die Protonen von einer Säure unter Bildung eines Wassermoleküls übernehmen können. Eine Base ist somit das Gegenstück zu einer Säure und vermag diese zu neutralisieren.)
Müsste es NO2 + H2O = HNO3 heissen?
Das Kohlenwasserstoffthema wird schnell abgehandelt; und ich müsste mich tiefer in die Chemie vertiefen, um die Aussage "Kohlenwasserstoffe sind teilweise krebserregend. Durch Ozon und NOx werden sie zu zum Teil stark reizenden Stoffen umgesetzt." verstehen zu können. Wie ich in meinem ersten Post geschrieben habe, entsteht ja Ozon aus der Verbindung von Stickoxiden und Kohlenwasserstoff.....
....habe noch etwas gegoogelt. Die Eingangserklärung des Deutschen Wetterdienstes DWD zum Thema Ozon ist kurz und knackig:

"Ozonbildung und Kohlenwasserstoffe
Bei der Ozonbildung in der unteren Atmosphäre (Troposphäre) spielen Kohlenwasserstoffe (KW) eine entscheidende Rolle. Man schätzt heute, daß mindestens 50 KW-Verbindungen (aus natürlichen und menschlichen Quellen) hierzu beitragen."
http://www.dwd.de/bvbw/generator/Sites/ ... de_pdf.pdf

Mit Sicherheit habe ich keinen "Chabis" geschrieben; aber ich kann von Dir natürlich nicht verlangen, dass Du zuerst meine Post gründlich liest und Deine eigenen Links genauer anschaust. Ja wer weiss, vielleicht schickst Du ja mal Deinen bekannten Zynismus in die Weihnachtsferien, so auf die Malediven, so lange diese noch nicht vom Meer durch die Klimaerwärmung überflutet werden. So wie's in den Wals ruft......

Dennoch danke für den Link. Die darin erwähnte Schädlichkeit von Stickoxiden hatte ich wohl etwas unteschätzt. Sorry, Chrigi; korrigiere mich in diesem Punkt. Sodann bestünde als Chaser nicht nur die Gefahr vom Blitz erschlagen zu werden, sondern eine volle Ladung NO2 einzuatmen - es sei denn in den Tropen.

Gruss Cyrill

[URBI]

Hoi @Cyrill

Da brauchst Du gar nicht so weit zu fahren.



NO2
Animation
20.12.2009 bis
02.01.2010

http://www.temis.nl/airpollution/no2col ... =01&Day=01



Auch hier ist es hauptsächlich der Mensch.

http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/real ... A100021130


Grüsse
Urbi

[Severestorms]

Hallo zusammen

Ging es in den bisherigen Beiträgen dieses Themas vor allem um den Zusammenhang von Biltzentladungen und die Ozonbildung, möchte ich auf einen in der Krone erschienenen Artikel hinweisen, wo es um neuere Forschungsergebnisse in Zusammenhang mit Gewitteraufwinden und Ozonbildung geht:
http://www.krone.at/Wissen/Heftige_Gewi ... ory-323254

Demnach dürften salopp ausgedrückt Superzellen, welche über städtische Gebiete ziehen, wahre Ozonschleudern sein.

Gruss Chris

[Federwolke]

Vorsicht, Verblödungsartikel!

Die Grundlage für den Artikel mag ja stimmen, nur was einmal mehr daraus gemacht wurde lässt mir das Blut in den Adern gefrieren. Selbstverständlich ist NICHT der Mensch für die Produktion der Stickoxide verantwortlich, der den Gewittern als Nahrung zur Ozonprodktion zur Verfügung steht. Fazit: Die Natur zerstört sich selbst, also können wir doch weiterhin sinnlos auf dem Boden und in der Luft herumkurven und Abgase in die Luft blasen, schliesslich sind die Gewitter an allem schuld. Herr, schmeiss Hirn vom Himmel!