Ausgasen

UnterAusgasenversteht man das Austreten vonGasenaus flüssigem oder festemMaterial.Dies kann aufgrund vonDruckentlastung,Temperaturerhöhungoder anderen Prozessen, wie beispielsweise bakterieller,radioaktiveroderchemischerUmwandlung, erfolgen.

Ausgasung ist ein häufiger Vorgang in der Natur. Technisch kann er sowohl gewünscht sein, zum Beispiel beim Aushärten von Klebeverbindungen, aber auch ungewünscht, etwa beiDeponieanlagen.Werden die Gase gezielt durch einen technischen Prozess entfernt, so spricht man meist vonEntgasung.

Physikalische Grundlagen

Ausgasung tritt am stärksten bei sich erwärmenden Flüssigkeiten in Verbindung mit einer Druckminderung ein und wird hier von derLöslichkeitder Gase bestimmt. Diese nimmt nach demHenry-Gesetzbei sinkendemPartialdruckund steigenden Temperaturen ab. Eine aus dem Alltag bekannte Form der Ausgasung ist das Schäumen beim Öffnen einer Mineralwasserflasche mit Kohlensäure.

Bei Festkörpern müssen die Gasteilchen erst an die Oberflächediffundierenund dann von dortdesorbieren,weshalb die Ausgasung aus Festkörpern wesentlich länger als aus Flüssigkeiten dauert.Durch Temperaturerhöhung steigt die Geschwindigkeit der Gasabgabe exponentiell.

Poren,auf natürlichem (Bimsstein) oder künstlichem (Schaumstoff) Wege entstandene, vereinfachen die Gasabgabe.

Ausgasen durch Vulkanismus

Erkaltenes Lavafeld aufLeirhnjúkur

Ein deutliches Beispiel ist das Ausgasen bei erstarrenderLavaausVulkanen,insbesondere bei den hochviskosen Formen (ʻAʻā-Lava) der indischen und pazifischenVulkaninseln.Die AusgasungschwefelhaltigerStoffe kann man meist deutlich riechen.

Beim Aufstieg vonMagmadurch einenvulkanischen Schlotkommt es ebenfalls zu einer so starken Ausgasung durch Druckentlastung, dass mitgerissene Gesteinstrümmer bis zu Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden.

Mit Sicherheit ist ein Teil derHerkunft des irdischen WassersdurchWasserdampferklärbar, der im Laufe derErdgeschichteaus demErdinnerenausgegast ist. Ein größerer Teil dürfte aus den früheren Einschlägen vonKometen,MeteorenundAsteroidenaus den ferneren Bereichen desSonnensystemsstammen. So weisen vielekohlige Chondriteim äußerenAsteroidengürteleinen Wasser- oderEisgehaltvon mehr als 10 % ihrer Masse auf.

Ausgasung als astrophysikalisches Phänomen

Ein bekanntes Beispiel für die Ausgasung sind dieKernevon schweifbildenden Kometen, wenn sie in densonnen-nahenBahnabschnitten ihrer langgestreckten Ellipsen durch dieSonnenstrahlungerwärmtwerden. Bei dieser Annäherung entlässt fast jeder dieser „schmutzigenSchneebälle“aus Gestein und Eis verschiedeneGaseund auchFeinstauban seine Oberfläche, welche den Gesteinskern als leuchtendeKomaoderEnveloppeumhüllen und durch den Sonnenwind bzw.Strahlungsdruckals dünnerKometenschweifin den Weltraum „geblasen “werden.

Auch die meistenTransneptunischen Objekteenthalten Wasser und anderes Eis, das bei möglichen Bahnveränderungen zur Sonne hin oder bei größerenMeteoriteneinschlägenzu Wasserdampf oder anderem Gas wird.

Medizinisches Phänomen

Beim plötzlichen Abfall des Druckes auf den menschlichen Körper, beispielsweise durch zu rasches Aufsteigen einesTauchers,kann es zu einerBlasenbildungimBlutmit schweren medizinischen Konsequenzen, der sogenanntenTaucherkrankheit,kommen.

Ausgasung in der Technik

InTechnikundHaushaltist wichtig, die AusgasunggiftigerStoffe zu vermeiden, etwa beiAnstrichen,ausWand- undBodenbelägen,behandeltemHolzoderTextilien.In den 1990er Jahren entdeckte man, dassformaldehydhaltigeMaterialien, zum Beispiel in imprägnierten Holzwerkstoffen, schädliche Stoffe ausgasen. Auch bestimmteHarnstoffverbindungenkönnen zum Teil noch über Jahre Formaldehyd in die Umgebungsluft freisetzen.

Um eineKontaminationder Atemluft geschlossener Räume durchSchadstoffezu vermeiden, hat man viele Produktionsmethoden etwa fürMöbel,Lacke,Klebstoffeund Wandbeläge geändert. Man konnte damit beiVerfliesungenundVersiegelungendie freiwerdenden Schadstoffe um bis zu 90 % verringern.

Es gibt jedochkeineBaustoffe, die völlig ohneEmissionenauskommen. AuchPolstermöbeloderMatratzenausNaturproduktenwieKokosoderSchafwollekönnen giftige Pestizide ausgasen. Hingegen gasen bei Beschichtungen mitÖlen,Wachsenoder Laugen zwar auch organische Lösungsmittel wieTerpeneaus, diese müssen aber nicht schädlich sein.

In derVakuumtechnikstellt die Ausgasung aus verwendetenWerkstoffenein Problem dar, da in das Vakuum nachströmendes Gas wieder zu einem Druckanstieg führt und den erreichbaren Unterdruck begrenzt (sog.Virtuelles Leck).

Ausgasung durch radioaktiven Zerfall

In derNukleartechnikist das Problem derGase im Endlager von radioaktiven Abfällenseit längerer Zeit bekannt. Beim radioaktiven Zerfall wandeln sich Atomkerne in andere, stabilere Atomkerne um, indem sie Teilchen emittieren. Die mit Abstand wichtigsten Zerfallsarten sind derAlphazerfall,bei dem der Atomkern einen Helium-4-Kern (Alphateilchen) abgibt, und derBetazerfall,bei dem einElektronoderPositronsowie ein (Anti-)neutrinoabgegeben werden. Das Alphateilchen wird in Materie abgebremst und bindet zwei Elektronen aus der Umgebung an sich, wodurch ein Heliumatom entsteht. Je nach Beschaffenheit des Ausgangsmaterials wird dieses entstehende Gas unmittelbar in die Umgebung entlassen oder sammelt sich in selbigem an, bis eine Störung des Kristallgefüges ein Austreten ermöglicht. Ist in der Umgebung eine für Gase undurchlässige Schicht, sammelt sich das Gas dort an. Dies erklärt, warum einigeErdgas-Vorkommen bis zu mehrere Masseprozent Helium enthalten. Der nach Alpha- oder Betazerfall entstehende Tochterkern kann ebenfalls zu einem gasförmigen Element gehören. So zerfälltKohlenstoff-14durch Betazerfall zu Stickstoff; Uran und Thorium zerfallen in mehreren Schritten zuRadon.Weil Gesteine wie Granit Uran enthalten, entsteht in ihnen Radon, das durch feinste Haarrisse im Material in unterirdische Hohlräumen (auch Keller) gelangt und sich dort ansammelt. Da Radon schwerer ist als Luft, ist es üblicherweise am Boden der gasdichten Schicht konzentriert.