Chemie der Entstehung von saurem Regen

Der Taupunkt ist die Temperatur, auf die Luft bei konstantem Druck und Wassergehalt abgekühlt werden muss, um mit Wasserdampf gesättigt zu sein. Bei dieser Temperatur beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100 %. Kühlt die Luft weiter ab, kondensiert der Wasserdampf zu flüssigem Wasser (Tau) oder schlägt sich bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt als Frost nieder.

Die Solarkonstante ist die mittlere solare elektromagnetische Strahlung pro Flächeneinheit, gemessen am oberen Rand der Erdatmosphäre, senkrecht zu den Sonnenstrahlen. Ihr Wert beträgt etwa 1361 Watt pro Quadratmeter (W/m²). Dieser Wert variiert geringfügig mit der Sonnenaktivität und der Entfernung der Erde um die Sonne, dient aber als grundlegende Basis für die Klimaforschung, die Satellitenentwicklung und Berechnungen erneuerbarer Energien.

Die stratosphärische Ozonschicht der Erde ist lebenswichtig, da sie einen erheblichen Teil der schädlichen ultravioletten Strahlung der Sonne absorbiert. Sie blockiert die energiereichsten UVC-Strahlen vollständig, absorbiert etwa 95 % der UVB-Strahlen und lässt die meisten weniger schädlichen UVA-Strahlen durch. Dieser Filtereffekt schützt das Leben auf der Erde vor schweren DNA-Schäden.

Fluoreszierende Weißmacher, auch optische Aufheller (OBAs) genannt, sind chemische Verbindungen, die die Wahrnehmung von Weiß verstärken. Sie absorbieren Licht im für das menschliche Auge unsichtbaren ultravioletten (UV) Spektrum und geben es als Licht im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums wieder ab. Dieses blaue Licht wirkt einem Gelb- oder Cremeton im Material entgegen.

Die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) ist eine Technik, die die magnetischen Eigenschaften bestimmter Atomkerne ausnutzt. Dabei wird eine Probe in ein starkes, konstantes Magnetfeld gesetzt und mit Radiowellen untersucht. Die Kerne absorbieren und emittieren elektromagnetische Strahlung mit einer bestimmten Resonanzfrequenz, die vom intramolekularen Magnetfeld abhängt. Dadurch werden detaillierte Informationen über die Struktur, Dynamik und chemische Umgebung von Molekülen gewonnen.

Die geomagnetische Säkularvariation beschreibt die langsamen Veränderungen des Erdmagnetfelds über Zeiträume von Jahren bis Jahrtausenden. Diese Veränderungen umfassen Verschiebungen der Feldstärke und der Richtung der Dipolachse sowie die Westdrift nicht-dipolarer Strukturen. Ursache dieser Variation ist die sich verändernde Strömung von flüssigem Eisen im äußeren Erdkern, der Quelle des Geodynamos.

Die relative Luftfeuchtigkeit ([latex]\phi[/latex]) ist das Verhältnis des Partialdrucks von Wasserdampf ([latex]p_{H_2O}[/latex]) zum Gleichgewichtsdampfdruck von Wasser ([latex]p^*_{H_2O}[/latex]) bei einer bestimmten Temperatur. Er wird in Prozent ausgedrückt: [latex]\phi = \frac{p_{H_2O}}{p^*_{H_2O}} \mal 100\%[/latex]. Er gibt an, wie nahe die Luft der Sättigung ist, wobei 100% RH bedeutet, dass die Luft gesättigt ist.

Das Lambert-Beer-Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen der Lichtdämpfung und den Eigenschaften des Materials, durch das sich das Licht ausbreitet. Es besagt, dass die Extinktion (A) einer Lösung direkt proportional zur Konzentration (c) der absorbierenden Spezies und zur Weglänge (l) des Lichts in der Lösung ist. Die Beziehung wird als A = εcl ausgedrückt, wobei ε der molare Absorptionskoeffizient ist.

Der Luftmassenkoeffizient (AM-Koeffizient) quantifiziert die direkte optische Weglänge des Sonnenlichts durch die Erdatmosphäre. Er ist das Verhältnis der Weglänge bei einem gegebenen Zenitwinkel θ zur Weglänge im Zenit (bei senkrecht stehender Sonne). Für Winkel bis etwa 60° kann er näherungsweise durch AM ≈ sec(θ) berechnet werden. AM₀ bezeichnet das Spektrum außerhalb der Atmosphäre.

Der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) misst den von aeroben Mikroorganismen verbrauchten gelösten Sauerstoff beim Abbau organischer Stoffe im Wasser. Der Standardtest BSB₅ misst den Sauerstoffverbrauch in einer verschlossenen Probe, die fünf Tage lang im Dunkeln bei 20 °C inkubiert wird. Dieser standardisierte Zeitraum wurde als praktischer Kompromiss für regulatorische Zwecke und zur Abbildung typischer Fließzeiten in Flüssen gewählt.

Das Erdmagnetfeld entsteht durch den Geodynamo-Mechanismus. Konvektionsströme aus elektrisch leitfähigem, geschmolzenem Eisen im äußeren Erdkern, beeinflusst durch die Corioliskraft der Erdrotation, erzeugen ein sich selbst erhaltendes System elektrischer Ströme. Diese Ströme erzeugen das großräumige Magnetfeld des Planeten und wirken wie ein riesiger Elektromagnet. Dieser Prozess wird durch die Magnetohydrodynamik (MHD) beschrieben.

Der gesamte biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) setzt sich aus zwei Hauptprozessen zusammen: dem kohlenstoffhaltigen BSB (cBSB) und dem stickstoffhaltigen BSB (nBSB). Der cBSB ist der Sauerstoff, der von Mikroorganismen zur Oxidation organischer Kohlenstoffverbindungen verbraucht wird. Der nBSB ist der Sauerstoff, der in einem späteren Stadium der Oxidation stickstoffhaltiger Verbindungen, vorwiegend Ammoniak (Nitrifikation), durch spezifische autotrophe Bakterien verwendet wird. Die Unterscheidung dieser beiden Prozesse ist für die weitergehende Abwasserbehandlung von Bedeutung.

Photochemischer Smog entsteht durch eine komplexe Reihe von Reaktionen, an denen Sonnenlicht, Stickoxide (NOx) und flüchtige organische Verbindungen (VOC) beteiligt sind. Der Prozess wird eingeleitet, wenn das Sonnenlicht Stickstoffdioxid ([latex]NO_2[/latex]) in Stickstoffoxid (NO) und ein Sauerstoffatom (O) spaltet. Dieses freie Sauerstoffatom verbindet sich dann mit molekularem Sauerstoff ([latex]O_2[/latex]) und bildet bodennahes Ozon ([latex]O_3[/latex]), eine Hauptkomponente von Smog.