Woraus besteht unsre Atmosphaere?
Ozon (O3)
Der dreiatomige Sauerstoff O3 entsteht in Höhen zwischen ca. 10 und 40 km der Atmosphäre (Stratosphäre). Er ist stets bestrebt, den überzähligen Sauerstoff abzugeben und verhält sich daher äußerst reaktionsfreudig und aggressiv anderen Stoffen gegenüber. Auf Lebewesen wirkt er generell sehr giftig.
Im Prinzip wird zwischen zwei photochemischen Prozessen unterschieden: die dringend notwendige Ozonproduktion in der Stratosphäre und die schädliche Ozonentstehung in der Troposphäre.
Ozonbildung in der Stratosphäre
Im Aufbauprozess wird zunächst unter Wirkung harter (= kurzwelliger) UV-Strahlung molekularer Sauerstoff O2 in einzelne Sauerstoff-Atome O gespalten. Diese reagieren wiederum mit benachbarten O2-Molekülen und unter Mitwirkung eines Stoßpartners M ein Ozonmolekül.
Quant + O2 -> O + O (Wellenlänge = < 0,24 μm)
O + O2 + M -> O3 + M
Parallel dazu wird beim Zerfallsprozess unter Absorption von Sonnenstrahlung aus dem Ozon O3 atomarer Sauerstoff freigesetzt. Durch die Reaktion mit einem weiteren Ozonmolekül entstehen zwei gewöhnliche Sauerstoffmoleküle.
Quant + O3 -> O + O2 (Wellenlänge = < 1,2 μm)
O + O3 -> 2 O2
Graphik 1: Darstellung der drei Komponenten der UV-Strahlung und ihre Durchdringungsreichweite in der Atmosphäre
Aufbauprozess und Zerfallsprozess führen zunächst zu einem Konzentrationsgleichgewicht. Durch die Absorption von Sonnenlicht (Quanten) wird rund die Hälfte der solaren UV-Strahlung von der Erde zurückgehalten. Vor allem der für uns gefährliche UV-C-Anteil wird fast komplett herausgefiltert, bevor er in tiefere Schichten gelangen kann. In höheren Schichten ist die Entstehung von O3 durch den immer dünner werdenden Sauerstoff begrenzt. Infolge der Absorptionsvorgänge, d.h. der aufgenommen Strahlungsenergie, kommt es zu einer erheblichen Erwärmung der Atmosphäre. Das Temperaturmaximum in etwa 50 km Höhe spielt für das Klima der Erde eine enorm wichtige Rolle. Durch den Temperaturanstieg in 20 bis 40 km Höhe wird die Dynamik der Stratosphäre, v.a. der Vertikaltransport von atmosphärischen Spurengasen und Aerosolen erheblich beeinflusst.
Der oft gebrauchte Begriff „Ozonloch“ beschreibt – entgegen der weit verbreiteten Vorstellung - den seit Ende der 70er Jahre beobachteten Konzentrationsrückgang. Zum Ende des Polarwinters kann die über der Antarktis festgestellte Abnahme bis zu 50% betragen.
Graphik 2: Transmissionsspektrum der Atmosphäre für Ozon in Abhängigkeit der Wellenlänge [Quelle: Petty, 2006]
Bislang gibt es noch keine umfassende Erklärung für den enormen Ozonabbau. Es wurden Theorien über Ursachen, die sich aus Meteoritenströmen, Vulkanausbrüchen, luftdynamischen Vorgängen oder chemischen Prozessen ergeben, diskutiert. Fest steht nur, dass anthropogene Einflüsse eine erhebliche – wenn nicht sogar die ausschlaggebende – Rolle spielen. FCKWs entwickeln beispielsweise eine gewaltige Zerstörungskraft.
siehe auch: Gefahren durch die Abnahme der Ozonkonzentration