De productie van chloorfluorkoolwaterstoffen, die de ozonlaag aantasten, zoveel mogelijk verboden. Echter, ook andere stoffen kunnen in combinatie met ijsdeeltjes gaten in de ozonlaag scheuren, zoals die gevonden worden in wolken. Onderzoekers van de Ruhr-Universität Bochum, de Universiteit van Duisburg-Essen en Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg hebben hiervoor een mogelijk mechanisme ontdekt. Ze beschrijven het in het journaal Fysieke beoordelingsbrieven op 13 november 2018.

Het werk maakte deel uit van een langdurige samenwerking tussen de teams uit Bochum, Duisburg-Essen, en Erlangen-Neurenberg onder leiding van professor Karina Morgenstern, Dr. Cord Bertram, prof.dr. Uwe Bovensiepen en prof.dr. Michel Bockstedte, die momenteel wordt voortgezet in het kader van het excellentiecluster Ruhr Explores Solvation, of kortweg Resolv.

Organische moleculen worden afgezet op ijsdeeltjes

Chemische processen kunnen het weer aanzienlijk beïnvloeden, het klimaat en de samenstelling van de atmosfeer. Kosmische stralen of UV-licht leveren de energie om chemische verbindingen te splitsen. In het geval van broom, chloor of fluorverbindingen, radicalen, d.w.z. bijzonder reactieve moleculen, worden gevormd. Deze tasten de ozonmoleculen aan en kunnen kettingreacties in de ozonlaag veroorzaken. Een eerder laboratoriumonderzoek had aangetoond dat ijsdeeltjes met een zilveren kern dergelijke reacties kunnen bevorderen. Het team onderzocht het mechanisme achter dit effect in de huidige studie.

In het laboratorium, de wetenschappers produceerden minuscule ijsdeeltjes en analyseerden hoe bepaalde verbindingen die chloor of broom bevatten ermee in wisselwerking stonden. Ze condenseerden de ijsdeeltjes op koper. In de natuur, minerale stofdeeltjes, onder andere, condensatiekernen vormen voor de ijsdeeltjes.

Met behulp van microscopische en spectroscopische methoden, ze merkten op dat de moleculen zich bij voorkeur hechten aan defecten in de ijsstructuur. De omringende watermoleculen van de ijsstructuur heroriënteerden zich vervolgens en hydrogeneerden de moleculen. Dit, beurtelings, maakte het gemakkelijker om de moleculen in het experiment te ioniseren.

UV-straling genereert radicalen

De onderzoekers bestraalden de ijskristallen met de aangehechte moleculen met behulp van UV-licht, die elektronen in de ijsdeeltjes in de buurt van de moleculen aansloeg. Deze geëxciteerde elektronen ioniseerden de chloor- en broombenzeenmoleculen. Door ionisatie, de moleculen vielen uiteen in organische resten en zeer reactieve chloor- en broomradicalen.

"Het mechanisme zou kunnen verklaren wat er gebeurt als UV-licht met mineraal verontreinigd ijs raakt, " zegt Cord Bertram. "Onze resultaten zouden dus kunnen helpen om de fundamentele processen achter fenomenen zoals ozongaten te begrijpen."