21.05.2015
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Internationaler Tag zum Schutz der Ozonschicht

Die Ozonschicht ist gefährdet

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Blick von Apollo 16 auf Amerika, © ESA

Die Ozonschicht ist für das gesamte Leben auf der Erde von großer Bedeutung. Sie schützt uns vor der ultravioletten Strahlung (UV-Strahlung) des Sonnenlichtes. Aber in den letzten Jahren ist die Ozonschicht an einigen Stellen dünner geworden. Mediziner beobachten eine deutliche Zunahme von Hautkrebs und Grauem Star eine unmittelbare Auswirkung des so genannten “Ozonlochs. Über Europa wurde bereits ein Abbau der Ozonschicht von etwa 10 Prozent festgestellt; das Ozonloch über der Antarktis hatte im Jahr 2000 mit 28 Millionen Quadratkilometern die achtzigfache Größe von Deutschland erreicht.

Das Protokoll von Montreal

Am 16. September 1987 haben Deutschland und 24 weitere Staaten das “Montrealer Protokoll zum Schutz der Ozonschicht unterzeichnet. Es wurde inzwischen von etwa 160 Staaten ratifiziert und ist ein herausragendes Beispiel für globale Umweltpolitik.

Im Jahr 1997 hat die Weltorganisation für Meteorologie, eine Unterorganisation der UN mit Sitz in Genf, den 16. September zum “Internationalen Tag zum Schutz der Ozonschicht erklärt. Damit soll die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit auf das atmosphärische Spurengas Ozon und die möglichen Folgen, die sich aus dem Abbau der Ozonschicht ergeben, gelenkt werden. Am Ozon wird deutlich, wie empfindlich die Erdatmosphäre auf menschliche Eingriffe reagiert und wie gewaltig der Aufwand ist, diese Fehlentwicklung zu bremsen.

Geschichte der Ozonforschung

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Justus von Liebig (1803-1873)

Justus von Liebig (1803-1873)

Im Jahr 1839 berichtete der deutsche Chemiker Christian Friedrich Schönbein vor der Naturforschenden Gesellschaft in Basel über seine Entdeckung eines neuen Stoffes. Dieser hatte sich bei der Elektrolyse von Wasser an der positiven Platin-Elektrode neben Sauerstoff gebildet. Schönbein gab dem neuen Stoff den Namen “Ozon (von griechisch ozien = riechen).

Dass Ozon in der Erdatmosphäre vorkommt, schloss Schönbein 1845 aus dem seltsamen Geruch, den man nach Blitzschlägen feststellen kann und den wir heute auch von Fotokopierern kennen. In einem Brief an den Chemiker Justus von Liebig wies Schönbein 1853 bereits auf die wichtige Rolle hin, die das Ozon in der Erdatmosphäre spielt: “Geneigt zu glauben, das atmosphärische Ozon spiele im Haushalte der Erde eine wichtige Rolle, halte ich es für wünschenswerth, dass möglichst zahlreiche, sowie grosse Zeiträume als bedeutende Länderstrecken umfassende, untereinander vergleichbare Beobachtungen über die Veränderungen des Ozongehaltes der Atmosphäre angestellt werden.

Erkenntnisse über Ozon

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Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899)

Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899)

Über die Natur des Ozon wurde lange diskutiert. Schönbein hielt es für ein “Wasserstoffhyperoxid, später auch für eine Modifikation des Sauerstoffs. Die erste exakte Bestimmung des Molekulargewichtes von Ozon gelang Albert Ladenburg in den Jahren 1898 bis 1899. Der Chemiker Robert Wilhelm Bunsen und der Physiker Gustav Robert Kirchhoff entwickelten 1859 die Spektralanalyse, die zu weiteren neuen Erkenntnissen über das Ozon führte.

Bei der Untersuchung des Sonnenspektrums entdeckte der Physiker Alfred Cornu im Jahr 1878, dass dieses unterhalb einer Wellenlänge von 300 nm (Nanometer = 10-9 Meter) plötzlich abbrach. Wenige Jahre später erkannte man, dass das Absorptionsspektrum des Ozons einen Schwerpunkt bei 265 nm hat. Das Ozon war demnach für die Absorption des Sonnenlichtes im ultravioletten Bereich verantwortlich. 1913 schließlich kamen zwei französische Physiker zu dem Ergebnis, dass sich das Ozon in einer sehr hohen Schicht der Atmosphäre durch die Einstrahlung der Sonne aus normalem Sauerstoff bildete und dort die UV-Strahlung absorbierte.

Die Geschichte des Ozonlochs

Bilder des “Total Ozone Mapping”-Spektrometers der NASA (Oktober 1970 bis Oktobe

Bilder des “Total Ozone Mapping”-Spektrometers der NASA (Oktober 1970 bis Oktober 1993), © NASA

In Wirklichkeit ist das Ozonloch eigentlich kein “Loch, sondern eine Ausdünnung der Ozonschicht. Eine Forschungsgruppe des British Antarctic Survey (BAS) stellte in den 1970er Jahren erstmals dramatische Ozonverluste in der unteren Stratosphäre über der Antarktis fest. 1974 wiesen zwei Wissenschaftler der University of California in Irvine darauf hin, dass von Menschen hergestellte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) die Ozonschicht ernsthaft gefährden könnten. Der Ozonabbau sollte nach diesen Vorhersagen jedoch langsam erfolgen und sich hauptsächlich auf Höhen oberhalb von 30 Kilometern beschränken. Aus diesem Grund prognostizierte damals niemand eine Bedrohung für das Leben auf der Erde.

Im September 2000 wurde in der Ozonschicht ein Loch gemessen, das dreimal so gro

Im September 2000 wurde in der Ozonschicht ein Loch gemessen, das dreimal so groß wie die USA war. © NASA

Im Jahr 1985 dann der Schock: Die Weltöffentlichkeit war entsetzt, als ein gewaltiges “Ozonloch (Ozonabbau von über 50 Prozent) über der Antarktis entdeckt wurde. Doch das war erst der Anfang. Neun Jahre später erreichte die Gesamtfläche der Ozonausdünnung 10 Millionen Quadratkilometer und hielt sich über 2,5 Monate lang. In mehr als der Hälfte dieses Zeitraumes wurde sogar eine Gesamtausdehnung von 20 Millionen Quadratkilometern gemessen. Vor dem Hintergrund der internationalen Maßnahmen zum Schutz der Ozonschicht wird eine Trendwende beim Ozonabbau im Jahr 2003 erwartet. Mit einer Wiederherstellung der Ozonschicht ist allerdings frühestens Mitte des 21. Jahrhunderts zu rechnen.

Was ist Ozon?

Die Entstehung von Ozon.jpeg
Die Entstehung von Ozon

Die Entstehung von Ozon

Ozon (O3) ist eine besondere Form von reinem Sauerstoff und tritt als natürlicher Stoff in der Atmosphäre auf. Seine Moleküle sind im Gegensatz zum “normalen Sauerstoff (O2) aus drei Sauerstoffatomen aufgebaut. Die Ozonschicht der Erde befindet sich in der unteren Stratosphäre, in Höhen zwischen etwa 25 und 50 Kilometern. In den Tropen, entlang des Äquators, ist die Ozonschicht am dünnsten, gegen die Pole hin wird sie im Normalfall dicker.

Ozon entsteht, wenn die ultraviolette Strahlung des Sonnenlichtes auf die Stratosphäre trifft und dort Sauerstoff-Moleküle in atomaren Sauerstoff (O) “aufspaltet. Der atomare Sauerstoff verbindet sich schnell mit weiteren Sauerstoff-Molekülen zum Ozon. Dieses Ozon ist Sauerstoff in einer recht unstabilen Form. Und gerade dieses unstabile Ozon hat wiederum die Fähigkeit, die gefährlichen, krebserregenden und kurzwelligen Strahlen (ultraviolettes Licht) aus dem Sonnenlicht einzufangen.

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Ozonkiller: Spraydosen mit FCKW, © Photodisc

Obwohl Ozon weniger als einen Millionstel Teil der Atmosphäre ausmacht, hält es fast 99 Prozent der UV-Strahlung aus dem Sonnenlicht zurück. Der Mensch lässt viele chlorhaltige Chemikalien in die Atmosphäre entweichen, die früher beispielsweise auch in Spraydosen enthalten waren. Die Chlorteilchen der Chemikalien reagieren mit dem Ozon. Dabei wird das Ozon in normalen Sauerstoff umgewandelt. Aber normaler Sauerstoff wirkt nicht als Filter für die gefährliche Strahlung.

Ironischerweise stellt Ozon am Boden ein Gesundheitsrisiko dar. Es ist ein Hauptbestandteil des so genannten fotochemischen Smogs ein aggressives Gas, das in höheren Konzentrationen stechend riecht und die Atemwege reizt. Das so genannte Bodenozon bildet sich immer dann, wenn der normale Sauerstoff mit Kohlenwasserstoffen und Stickstoffoxiden aus Verbrennungsmotoren bei starker Sonneneinstrahlung reagiert und sich in Ozon verwandelt. Deshalb ist die Konzentration an Bodenozon im Sommer auch am höchsten.

A.Stahr/lesestein.de