Schützend und schädlich zugleich - Die Ozonschicht

Aufgebrochene Eisschollen schwimmen in der Polarregion.
Aufgebrochene Eisschollen schwimmen in der Polarregion. - Fotograf:in: Petra Dr

Die Ozonschicht bildet ein natürliches Schutzschild gegen die lebensbedrohliche ultraviolette Strahlung der Sonne, auch bekannt als „UV-Strahlung“ und befindet sich vorwiegend in der unteren Stratosphäre der Erde. Aber auch am Boden, bzw. in der unteren Erdatmosphäre kann durch zu heißen Temperaturen und viel Stickstoffausstoß ein erhöhter Ozongehalt generiert werden.
In den letzten Jahrzehnten ist unser Schutzmantel jedoch angegriffen worden. Schuld ist - paradoxerweise - der Mensch selbst.

Schützender Held - Die Ozonschicht

Die Erde war, im Vergleich zu heute, vor der Entstehung der Ozonschicht wüst und karg. Der unzureichende Schutz vor der brennenden ultravioletten Strahlung der Sonne hätte jeglichen Versuch für Leben auf der Erdoberfläche unmöglich gemacht. Es waren außerdem Eisen- und Schwefelverbindungen in den Meeren und in der Luft, die eine Chance auf komplexeres Leben verwehren.
Laut Dr. Mario Trieloff vom Mineralogischen Institut der Universität Heidelberg sind vor rund 3,5 Milliarden Jahren die ersten „Sauerstoffspender“, nämlich Blaualgen, im Meer entstanden, die als Abfallprodukt Sauerstoff produzierten. Der erste gasförmige Sauerstoff wurde gebildet und reagierte direkt mit den Schwefel- und Eisenverbindungen in den Ozeanen. Vor 2,3 Milliarden Jahren wurde bereits ein großer Teil dieser Verbindungen zerteilt, zugleich verließen die ersten O2-Moleküle das Meer und lösten die noch bestehenden Schwefelverbindungen in der Luft auf.

O2 = zwei miteinander verbundene O-Atome, sprich Sauerstoffatome. Sie werden auf diese Weise als
Moleküle in der chemischen Schreibweise dargestellt.

Sauerstoff konnte mit der Zeit immer weiter in die Atmosphäre aufsteigen. Dort spalten die aggressive UV-Strahlung oder elektrische Entladungen (Blitze) O2-Moleküle in 2 Sauerstoffatome. Diese schwirren frei herum und wenn ein losgelöstes Sauerstoffatom auf ein anderes O2-Molekülen trifft, verbindet es sich mit diesem, wodurch Ozon (O3 = 3 Sauerstoffatome) entsteht. Eine Anhäufung von Ozon im vorwiegend unteren Teil der Stratosphäre vor etwa 700 Millionen Jahren führte zur Bildung der Ozonschicht. Auf einer Höhe von 15 bis 50 km hält die Ozonschicht ihre schützende Hand über die Erdoberfläche, wodurch 95 bis 97 Prozent der lebensbedrohlichen/krebserregenden UV-B-Strahlung aufgehalten werden.

Das Ozonloch

Die Ozonschicht ist ein sehr sensibles Organ der Stratosphäre. Ihre Instabilität beruht auf der Natur des Ozon-Moleküls, das aufgrund eines zusätzlichen O-Atoms schneller veränderbar ist und daher leicht mit anderen Substanzen reagiert, wodurch das Ozon abgebaut werden kann.
Ebenfalls ist der Begriff “Ozonloch“ ein wenig irreführend, da es sich nicht um eine ozonfreie Fläche innerhalb der Ozonschicht handelt, sondern um eine außergewöhnliche Abnahme der Ozonkonzentration in einer bestimmten Region. Es ist eine regelrechte “Verdünnung” der Schicht.
Eine genauere Einordnung, ob eine verstärkte Abnahme und damit auch ein Ozonloch vorliegt, kann mithilfe der Einheit „Dobson“ erfolgen. Unterscheidet sich der Normalwert von 350 Dobson um mehr als ein Drittel (unter 220 Dobson) handelt es sich um ein Ozonloch.

1985 wurde ein gravierender Rückgang an Ozon in der Südpolarregion erfasst, von dem auch Länder wie Australien und Neuseeland betroffen waren. Aufgrund dessen wurde international nach der Ursache für dieses Phänomen geforscht. Es stellte sich heraus, dass die unter anderem in Kühlschränken oder Spraydosen verwendeten Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (kurz: FCKW) für die rasante Abnahme verantwortlich waren.
In der Antarktis werden FCKWs an der Unterseite von sogenannten Perlmuttwolken, die nur bei extremer Kälte entstehen können, in Chlormoleküle gespalten. Wenn vor allem die Sonne im Frühling wieder auf die arktische Region scheint und damit auch ihre UV-Strahlung freisetzt, spalten die Chlormoleküle bis zu 100.000 O3-Moleküle, was einen schnellen Abfall der der Ozonkonzentration herbeiführt.

Das größte Ozonloch wurde bis jetzt über der Antarktis ermittelt, allerdings wurde anfang 2020 auch über dem Nordpol ein Ozonloch beobachtet. Eine untypische Erscheinung, die auf den Klimawandel zurückzuführen ist, da die notwendigen Temperaturen und Wetterereignisse, die zur Spaltung der FCKWs beitragen, am Nordpol gewöhnlicherweise nicht vorkommen. Ist dieser aber dabei, sich zu erwärmen, wird der unnatürliche Prozess der FCKS-Spaltung gefördert.

Wer sich in einer Umgebung mit Ozonloch, bzw stark verdünner Ozonschicht aufhält, der setzt sich den Risiken von Hautkrebs, Immunschwäche, grauer Star und weiteren gesundheitlichen Beeinträchtigungen aus. Davon bleiben auch Tier- und Pflanzenwelt nicht verschont.

Eine neue Ozonschicht ?

Trotz Auftretens neuer Ozonlöcher über der Antarktis ist die O3-Konzentration auf der ganzen Welt gleich geblieben. Die Chemiebaukasten von Autoabgasen, Sauerstoff und UV-Strahlung, der sowohl in großen als auch kleinen Städten vorhanden ist, führt zu einer Produktion von Ozon in Bodennähe. Zwar bietet diese „Schicht“ ebenfalls einen Schutz vor UV-Strahlung, allerdings handelt es sich bei dem bläulichen Gas um ein gasförmiges Gift, das unter anderem Atembeschwerden auslöst und für den städtischen Smog verantwortlich ist.

Schutzmaßnahmen

Zum Schutz und zur Erholung der Ozonschicht wurde das Montreal-Protokoll verabschiedet, welches 1989 in Kraft getreten ist. Hierbei verpflichteten sich die unterzeichnenden Staaten auf eine Reduzierung und letztendlich absehbare Abschaffung der Nutzung von FCKW. Erfolge durch das Montreal-Protokoll waren bereits nach einigen Jahren zu erkennen. Beispielsweise zeigt eine Studie des MITs (Massachusetts Institute of Technology), dass sich die Ozonschicht seit dem Jahr 2000 stetig erholt und mittlerweile das noch vor einigen Jahren große Ozonloch über der Antarktis so stark geschrumpft ist, wie es vor 30 Jahren das letzte Mal der Fall war.

Laut Wolfgang Steinbrecht vom Observatorium Hohenpeißenberg seien die Jahre, in denen das Ozon stark schwindet vorbei und er ist positiv gestimmt, dass wir uns in die richtige Richtung bewegen. Martin Dameris (DLR-Institut für Physik der Atmosphäre) berichtet sogar von einer potentiellen vollständigen „Heilung“ der Ozonschicht bis Mitte dieses Jahrhunderts.
Die Ozonschicht benötigt allerdings noch einige Zeit bis zur vollständigen Regenerierung, da die FCKWs eine Lebenszeit von 50 bis 100 Jahren haben und bis dahin die Ozonschicht weiterhin schädigen. Daher ist die Konzentration von FCKW-Stoffen in der Atmosphäre bisher erst um 20 Prozent gesunken.
Es gibt allerdings auch besorgniserregende Entwicklungen in den letzten Jahren, bei denen auch in Regionen wie Europa oder den Tropen die Ozonwerte der Schicht zu fallen beginnen.
Auch wenn der Gebrauch von FCKW weitgehend gestoppt wurde, werden weiterhin Ersatzstoffe, die VSLS („Very-Short-Lived-Substances) genannt werden, benutzt. Sie führen dazu, dass die Ozonschicht immer noch angegriffen wird, da sie lediglich weniger ozonschädlich sind, aber nicht ozonneutral.
Die neuen Erkenntnisse seien aber noch kein Grund zur Panik, so Thomas Peter, Professor für Atmosphärenchemie. Jedoch ist es als ein Aufruf für weitere Schutzmaßnahmen zu sehen und ein Zeichen für die Aufnahme der kurzlebigen Substanzen (VSLS) in das Montreal Protokoll.
Damit Versuche für eine illegale Verwendung von FCKW bereits im Keim erstickt werden, wurden internationale Sanktionsprogramme ausgearbeitet mit Handelsverboten und einem Netz von Bodenstationen, die einen Anstieg von FCKW leicht feststellen können.
Somit wächst die Hoffnung, bei einer Weiterführung der eingeleiteten Schutzmaßnahmen einer baldigen Ozonloch-freien-Zeit entgegen zu blicken.

Einzelnachweise & Weblinks