Ozonloch

Als Ozonloch wird die geographisch abgegrenzte Abnahme der Ozonschicht bezeichnet, die seit Ende der 1970er Jahre zunächst nur über der Südpolarregion, später (1992) auch über der Nordpolarregion beobachtet wurde.

Als Ursache des Ozonabbaus werden mehrheitlich gasförmige Halogenverbindungen, wie manche als Treibgas oder Gefriermittel eingesetzte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), angenommen.

Der Abbau der Ozonschicht hat negative Folgen für Mensch und Umwelt, da UV-Strahlung nicht mehr in vollem Umfang absorbiert wird. Ozone_still_2000_09_06.jpg

Ursachen

In der oberhalb der Troposphäre liegenden Stratosphäre (ab ca. 12km) sammeln sich ozonschädigende Gase. Unterschiedlicher Temperaturkreisläufe und -verhältnisse in beiden Schichten der Atmosphäre wegen können in die Stratosphäre gelangte Stoffe nicht mehr verschwinden. Die Grenzregion zwischen Stratosphäre und Troposphäre bildet eine Barriere (Tropopause). Die in die Stratosphäre eingetragenen Stoffe reagieren mit dort befindlichem Ozon. Es wird aufgespalten und in differierende chemische Verbindungen überführt. Die Menge des Ozons in der Ozonschicht der Stratosphäre verringert sich, und sie kann ihre schützende Funktion zunehmend weniger erfüllen. Ein einzelnes Chloratom kann bis zu 100.000 Ozonmoleküle zerstören.

Kontroverse Erklärungsansätze

Im wissenschaftlichen Fachdiskurs existierten von Beginn an verschiedene Erklärungsansätze des sogenannten "Ozonlochs". Die heute vorherrschende Position, dass der Ozonabbau größtenteils anthropogene Ursachen hat (etwa die FCKW-Emissionen), war zu Beginn der Kontroverse sehr umstritten. Heute hat sich das Verhältnis umgekehrt: Die Erklärung, dass durch natürliche Vorgänge (z.B. Vulkanausbrüche) größere Mengen an Halogen-Verbindungen in die Stratosphäre gelangen, ist umstritten und noch nicht schlüssig nachgewiesen. Inzwischen gilt diese Meinung sogar als widerlegt (WMO 2003).

Der chemische Ablauf des Ozonabbaus

Der Ablauf sei hier beispielhaft an Chlor dargestellt; allerdings reagieren auch andere Halogene (Fluor, Brom) sowie diverse molekulare Radikale (z. B. Stickstoffmonoxid NO)auf diese oder ähnliche Weise.

Zunächst werden die FCKW durch die UV-B-Strahlung aufgespalten und es entstehen Halogen-Radikale (R = Molekülrest).

R-Cl + UV-Licht → R + Cl

Dieses Chlorradikal entzieht dem Ozon eines seiner Sauerstoffatome und reagiert damit zu ClO:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO ist selbst wieder ein Radikal; trifft dies nun auf ein weiteres Ozonmolekül, wird diesem ebenfalls ein Sauerstoffatom entzogen und es entstehen zwei Sauerstoffmoleküle, das Chlorradikal wird wieder frei und steht für weitere Reaktionen zur Verfügung:

ClO + O₃ → Cl + 2 O₂

Ozon wird auf diese Weise in normalen molekularen Sauerstoff O₂ umgewandelt. Bei dieser Reaktion tritt das Chloratom nur als Katalysator auf, ein Chloratom kann deshalb bis zu 100.000 Ozonmoleküle zerstören.

Dies ist der hauptsächliche Abbauzyklus; daneben laufen jedoch noch vielfältige weitere Reaktionen ab, die ebenfalls zur Schädigung der Ozonschicht beitragen bzw. dies unterstützen, z. B. Reaktion von Halogenoxiden mit Sauerstoffradikalen:

O₂ + UV-Licht → 2 O

2 O + O₂ → O₃ + O

ClO + O → Cl + O₂

Ein Chlorradikal kann den katalytischen Zyklus viele Male durchlaufen und dabei bis zu 100.000 Ozonmoleküle zerstören. Der Zyklus kann nur abgebrochen werden, wenn zwei Radikale miteinander reagieren und so genannte Reservoirspezies bilden:

ClO + ClO → Cl₂ + O₂ oder

ClO + NO₂ → ClONO₂

Unter den besonderen Bedingungen der Polarnacht, d.h. Finsternis und sehr tiefe Temperaturen, können sich die Reservoirspezies zu beachtlichen Konzentrationen ansammeln. Durch die Kälte können sich einige Substanzen in der Stratosphäre verflüssigen und sogar gefrieren, es entstehen Polare Stratosphärenwolken (Polar Stratospheric Clouds, PSC), die für die Entstehung des Ozonlochs von großer Bedeutung sind. An den Kristallen der PSC laufen Reaktionen ab, bei denen Stickstoffoxide aus der Luft in die Kristalle übergehen, so dass nur die weitaus aggressiveren Chlorverbindungen in der Luft bleiben:

ClONO_2(g) + H₂O_(s) → HOCl_(g) + HNO_3(s).

(g bedeutet gasförmig, s (von solid) bedeutet fest) Wenn zum Ende der Polarnacht die Sonne aufgeht, werden diese Chlorverbindungen vom Licht gespalten und plötzlich stehen sehr viele freie Chlorradikale zur Verfügung, die Ozonmoleküle zerstören können. Erst nach und nach verdampfen die PSC und bringen die Stickstoffverbindungen zurück in die Luft, die mit den Chlorradikalen neue Reservoirspezies bilden können und so den Ozonabbau dämpfen.

Erscheinungsbild an Südpol und Nordpol

Seit 1996 ist die Zerstörung der Ozonschicht neuen Messungen zufolge (Messzeitraum 1978 bis 2002) nicht weiter vorangeschritten, was sich besonders mit ersten Erfolgen des Montreal-Protokolls erklären lässt.

Im Jahre 2005 wurde über der Antarktis jedoch der dritthöchste je gemessene Stand des Ozonlochs nach 2000 und 2003 ermittelt.

Der Grund, warum das Ozonloch am Südpol so viel stärker ist als am Nordpol, liegt in der Form des Antarktischen Kontinents begründet. In der Polarnacht, wenn keine Sonnenstrahlung auf die Erde fällt, bildet sich ein Kaltluftgebiet, der so genannte Polarwirbel. Da der Antarktische Kontinent im wesentlichen rund ist und kaum höhere Gebirge aufweist, wird der Polarwirbel an seinen Rändern auch nur wenig gestört, und in seinem Inneren können sehr tiefe Temperaturen erreicht werden (bis unter 188K, das entspricht -85°C). Am Nordpol sind die Verhältnisse insofern anders, als der entstehende Polarwirbel durch die Überströmung der Gebirge der hohen nördlichen Breiten gestört wird. Wärmere Luft wird eingemischt, und die Temperaturen können nie soweit absinken, wie für die Entstehung von PSC nötig wäre. Ohne PSC können aber die Stickstoffverbindungen nicht aus der Luft entfernt werden, und der Ozonabbau bei Sonnenaufgang wird wesentlich gedämpft.

Folgen für Mensch und Umwelt

Wegen der Zerstörung der Ozonschicht gelangt mehr UV-Licht auf die Erdoberfläche, was beim Menschen zu Hautschäden bis hin zum Hautkrebs führen kann. Bei fehlender Ozonschicht droht sogar Erblindung innerhalb weniger Stunden. Mittlerweile wird die weltweite Ausdünnung der Ozonschicht durch Satellitenüberwachung gemessen. Bisher dachte man, dass sich das Ozonloch bis 2040 wieder geschlossen haben wird. Doch inzwischen geht man davon aus, dass es sich erst 2065 schließt. Niedrigere Ernteerträge werden ebenfalls erwartet.

Literatur

Eike Roth: "Globale Umweltprobleme - Ursachen und Lösungsansätze", Friedmann Verlag, München 2004, ISBN 3-933431-31-X
World Meteorological Organization, Scientific assessment of ozone depletion: 2002, Global Ozone Research and Monitoring Project - Report No. 47, 498pp., Geneva 2003, ISBN 92-807-2261-1

Weblinks

Umweltschutz | Atmosphäre