Ozon und Ozonloch


Die unterste Schicht der Atmosphäre der Erde, die Troposphäre, enthält etwa 90 Prozent der Luft. Sie ist in unseren Breitengraden nur etwa zehn Kilometer hoch. Sie besteht aus einem Gasgemisch, wobei Stickstoff mit 78 Prozent Anteil und Sauerstoff mit etwa 21 Prozent Anteil den Hauptanteil ausmachen. Neben dem Edelgas Argon und dem Kohlendioxid kommt das natürliche Ozon in der Troposphäre nur in einer Konzentration zwischen 40 bis 80 Mikrogramm (µg) pro Kubikmeter Luft vor, das sind 40 bis 80 Millionstel Gramm pro Kubikmeter Luft.

Ozon ist eine besondere Form von Sauerstoff. In einem Molekül Ozon sind drei Sauerstoff-Atome miteinander verbunden, deshalb besitzt es die Formel O3. Unter normalen Umständen ist Sauerstoff ein Molekül, in welchem zwei Sauerstoff-Atome miteinander chemisch gebunden sind. Unter der Einwirkung des UV-Lichts der Sonne, aber auch bei elektrischen Entladungen zum Beispiel bei Gewittern wird das Sauerstoff-Molekül aufgebrochen, dabei entstehen zwei einzelne Sauerstoff-Atome (a). Diese einzelnen Sauerstoff-Atome sind extrem reaktionsfreudig und verbinden sich mit den verbleibenden Sauerstoff-Molekülen zu Ozon-Molekülen (b).

a) O2 +hv → 2 O

b) 2 O + 2 O2 → 2 O3

Der Vorgang findet in der Natur in Bodennähe bei Gewitterentladungen statt. Auf diese Weise entsteht das Ozon auch in der Stratosphäre, in 15 bis 50 Kilometer Höhe, durch das hier intensiv strahlende UV-Licht der Sonne. Das Ozon erfüllt in der über der Troposphäre liegenden Stratosphäre eine lebenswichtige Aufgabe für die Lebewesen der Erde: Es wirkt als Filter und schirmt die energiereichen UV-B-Strahlen der Sonne um 95 bis 97 Prozent ab. Diese Strahlenart kann krankhafte Veränderungen der Zellen bei allen Lebewesen bewirken und ist an der Entstehung von Krebs beteiligt. Die noch energiereichere UV-C-Strahlung wird bereits in der Mesosphäre vollständig abgeschirmt.

Während das Ozon in der Stratosphäre lebenserhaltend wirkt, ist es in Bodennähe unerwünscht, da es ein starkes Atem-Gift ist. Schon eine Erhöhung der Ozonwerte auf über 100 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft kann bei ozonempfindlichen Personen zu Schleimhautreizungen, Kopfschmerzen, Atembeschwerden und Hustenreiz führen. 10 bis 30 Prozent der Bevölkerung gelten als ozonempfindlich. Ab Werten über 180 Mikrogramm pro Kubikmeter wird die Öffentlichkeit informiert, anstrengende Tätigkeiten im Freien sind zu vermeiden. Bei Werten über 360 Mikrogramm pro Kubikmeter ist die Lungenfunktion bereits um die Hälfte vermindert, dann besteht akute Ozongefahr.

Der Aufenthalt im Freien kann dann bleibende Lungenschäden oder Erbgutschäden nach sich ziehen. Seit 1995 wird das Ozon als krebserregende Substanz klassifiziert. Das Ozon ist nicht nur für die Menschen gefährlich, sondern es ist auch am Waldsterben beteiligt. Außerdem wirkt es als Treibhausgas und ist wie das Kohlendioxid und andere Schadstoffe am Treibhauseffekt beteiligt. Die erhöhten Ozonkonzentrationen im Sommer sind vor allem auf die Abgasemissionen des Straßenverkehrs zurückzuführen. Bei der Verbrennung von Benzin im Automotor entstehen immer in größeren Mengen Stickstoffoxide (NO, NO2). Die Stickstoffdioxid-Moleküle zerfallen unter dem Einfluss von UV-Licht in Stickstoffoxid und ein Sauerstoff-Atom (a). Das Sauerstoff-Atom verbindet sich mit einem Sauerstoffmolekül zu einem Ozon-Molekül (b).

a) NO2 → NO + O

b) O + O2 → O3

Das Vorhandensein der Stickstoffoxide und der Kohlenwasserstoffe aus Abgasen und die UVStrahlung der Sonne begünstigen also das Entstehen von Ozon in Bodennähe. Aus diesem Grund steigen die Ozonwerte im Hochsommer besonders in der Umgebung von Ballungsgebieten mit viel Straßenverkehr. Weiträumige Versuche haben ergeben, dass die Ozonbelastung durch Fahrverbote erheblich vermindert werden kann. Doch langfristig kann das Problem nur durch eine neue Verkehrspolitik gelöst werden. Dazu gehören vor allem der Ausbau des öffentlichen Verkehrsnetzes, Geschwindigkeitsbeschränkungen und Förderung des Baus von sparsamen Autos.

Der Mensch vermehrt durch sein rücksichtsloses Verhalten zur Umwelt das Ozon in Bodennähe, doch er zerstört gleichzeitig die Ozonschicht der Stratosphäre. Der Hauptverursacher für den Abbau der lebensnotwendigen Ozonschicht sind die FCKW, die Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Kohlenwasserstoffe sind organische Verbindungen, die sich aus Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomen zusammensetzen. Werden die Wasserstoff-Atome dieser Moleküle durch Halogen-Atome, zum Beispiel durch Fluor- oder Chlor-Atome ersetzt, erhält man Halogenkohlenwasserstoffe:

Chlor-Atom + Ozon → Chloroxid + Sauerstoff

Cl + O3 → ClO + O2

Das entstehende Chloroxid zerfällt danach wieder in ein Chlor-Atom und Sauerstoff. Da das Chlor nach dieser Reaktion wieder unverändert vorliegt, kann es erneut ein Ozon-Molekül angreifen. Auf diese Weise kann ein einziges Chlor-Atom bis zu 100 000 Ozon-Moleküle zerstören! Über der Antarktis entstand ab 1970 ein Ozonloch. Auch in Österreich und über Europa ist seither eine deutliche Abnahme der Ozonschicht zu beobachten.

Durch die Ausdünnung der Ozonschicht gelangt vor allem mehr UV-B-Strahlung auf die Erde. Diese Strahlung stellt für alle Lebewesen eine große Bedrohung dar.

> Sie verursacht stärkere Sonnenbrände und Hautkrebs.

> Sie schädigt die Augen, fördert den Grauen Star und kann bis zur Erblindung führen.

> Sie schwächt das Immunsystem und schädigt die Erbsubstanz.

Aufgrund der erhöhten UV-B-Strahlung ist es dringend ratsam, das Sonnenbaden vernünftig zu gestalten. Im Hochsommer sollten Sonnencremes mit hohem Lichtschutzfaktor und hochwertige Sonnenbrillen verwendet werden. Auf der südlichen Erdhalbkugel haben die Hautkrebserkrankungen und die Augenleiden aufgrund des Ozonlochs bereits dramatisch zugenommen. Eine weitere Gefahr besteht darin, dass die UV-B-Strahlung die Bodenbakterien abtötet. Der Boden wird unfruchtbar, es folgen Ernteausfälle.

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