Chlorwasserstoff: Schlüsselverbindung in der Ozonchemie

Seit der Entdeckung des Ozonlochs 1985 ist bekannt, dass FCKW – etwa aus Sprühdosen, Kühlschränken oder Klimaanlagen – die Ozonschicht schädigen. Diese Verbindungen steigen in die Stratosphäre auf, wo sie durch UV-Strahlung aufgespalten werden. Dabei entstehen reaktive Chlorverbindungen, unter anderem HCl. Diese Verbindung fungiert als Speicher für Chlor und ist ein Maß für das Vorkommen ozonabbauender Substanzen. Über weitere Reaktionen, zum Beispiel zur Bildung von Dichlordioxid (Cl_₂O_₂), werden Kettenreaktionen angestoßen, die letztlich zum Ozonabbau führen.

Atmosphärenmodelle bilden diese komplexen Prozesse ab, um die Dynamik in der Stratosphäre besser zu verstehen. In der Regel stimmen Modellrechnungen und Messdaten gut überein. Doch im Winter zeigen Messungen im Polarwirbel einen wiederkehrenden Rückgang von HCl, den kein bestehendes Modell erklären konnte.

Reaktion zwischen Cl_₂O_₂ und HCl als fehlendes Puzzleteil

Die Forschenden aus Jülich und Mainz sind nun möglicherweise auf die Lösung gestoßen. Auf Basis fast vergessener Arbeiten norwegischer Wissenschaftler um David DeHaan aus dem Jahr 1997 wurde eine neue Reaktion in das Atmosphärenmodell CLaMS (Chemical Lagrangian Model of the Stratosphere) integriert: die Reaktion von Dichlordioxid (Cl_₂O_₂) mit Chlorwasserstoff (HCl). Diese Reaktion erzeugt weitere reaktive, ozonabbauende Chlorverbindungen.

Die Modellierung zeigt: Durch die Ergänzung kann der beobachtete Rückgang von HCl im Polarwirbel realistischer dargestellt werden. Auch die Berechnungen weiterer Chlorverbindungen wie Chlormonoxid (ClO), Chlornitrat (ClONO_₂) und Hypochloriger Säure (HOCl) verbessern sich deutlich. Zudem ergibt sich eine zeitliche Verschiebung im Ozonabbau: Zwischen Juli und September werden rund 15 Prozent mehr Ozon abgebaut als bisher angenommen – der Abbau beginnt also früher.

„Unsere Studie zeigt, dass selbst nach Jahrzehnten intensiver Ozonforschung noch wichtige Prozesse übersehen werden können. Die Reaktion von Cl_₂O_₂ mit HCl ist ein gutes Beispiel dafür, wie gezielte Modellierung helfen kann, Beobachtungen besser zu verstehen – und wie eng Theorie, Messung und Laborarbeit zusammenhängen“, sagt Dr. Jens-Uwe Grooß vom Institute of Climate and Energy Systems – Stratosphäre am Forschungszentrum Jülich, Erstautor der Studie.

Neue Impulse für die experimentelle Forschung

Gerade der zeitliche Verlauf des Ozonabbaus ist entscheidend für das Verständnis der langfristigen Entwicklung des Ozonlochs. Die aktualisierte Modellierung liefert somit nicht nur neue Erkenntnisse zur Chlorchemie, sondern auch eine fundiertere Grundlage zur Bewertung zukünftiger Trends.

Die Reaktionsgeschwindigkeit im Modell basiert bislang auf theoretischen Abschätzungen. Ob die Reaktion tatsächlich so abläuft, muss nun in gezielten Laboruntersuchungen überprüft werden – eine experimentelle Herausforderung.

Die Studie liefert damit einen wichtigen Impuls: Sollte sich die Reaktion zwischen Cl_₂O_₂ und HCl experimentell bestätigen lassen, wäre sie ein zentrales Puzzlestück im Verständnis der polaren Stratosphärenchemie.

Originalpublikation:
Grooß, J.-U., Müller, R., Crowley, J. N., & Hegglin, M. I. (2025). Chlorine peroxide reaction explains observed wintertime hydrogen chloride in the Antarctic vortex. Communications Earth & Environment, 6, Article 496. DOI:10.1038/s43247-025-01289-9

Quelle: Forschungszentrum Jülich