Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 30.03.16


Ozon

Vortrag von Daniel Krimmel und Janina Bauer im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Anorganische Chemie", WS 2004/05 und WS 2009/10


Gliederung:

1 Grundlagen Ozon
   1.1 Entstehung
   1.2 Struktur
   1.3 Reaktivität
   1.4 Anwendungen

2 Ozon in der Troposphäre
   2.1 Bildung und Abbau von Ozon
   2.2 Grenzwerte und Wirkung von Ozon

3 Ozon in der Stratosphäre
   3.1 Bildung und Abbau von Ozon
   3.2 Ozonverteilung und Ozonloch
   3.3 Ozonloch über den Polen
   3.4 Ozonzerstörung über den gemäßigten Breiten (Europa)

4 Literatur


Einstieg 1: Im Januar 2004 landeten zwei Mars Exploration Rover der NASA auf dem Mars. Bei den „Mars-Fahrzeugen“ handelte es sich um geologische Messinstrumente, die entwickelt wurden, um Spuren ehemaliger Wasservorkommen auf dem Mars zu untersuchen. Einer der beiden Rover landete im Gusev-Krater, bei dem ausgeprägte Spuren eines früheren Sees beobachtet wurden, während der andere im so genannten Meridiani Planum gelandet ist, bei dem ebenfalls geologische Anzeichen früherer Wasservorkommen entdeckt wurden.


Abb. 1: Minirover zur Erkundung der Marslandschaft [9]

Wenn Wasservorkommen auf dem Mars existiert haben, könnte dann dort auch Leben existiert haben? Auf diese Frage sollen die neuen Untersuchungsergebnisse Antwort geben.

Währenddessen versuchten einige Amerikaner auf dem Mars Wohnsiedlungen zu errichten (Scherz). Siedlungen die unter einer mit Sauerstoff angereicherten, beheizten Plastikkuppel erbaut werden sollen. Durch die Plastikkuppel soll das Problem der äußerst dünnen Luft (Druck: 7mbar) und der extremen Minustemperaturen auf dem Mars gelöst werden.

Bei den  Amerikanern handelt es sich um die Familie der Simpsons. Sie rechnen damit,  dass sie im Jahre 2050 bei den ersten Linienflügen, die von Amerika zum Mars starten werden, mit an Bord sein werden. (Die Geschichte mit den Simpsons ist frei erfundenen und dient als Problemgrund.) Ist eine Marsbesiedlung möglich? Können die Simpsons auf den Mars auswandern und dort überleben?


Abb. 2: Simpsons [10]

Einstieg 2: Jedes Jahr im Frühling kann auf der, durch die langen Wintermonate stark ausgebleichten Haut der Menschen ein immer wiederkehrendes Phänomen beobachtet werden: kaum treffen die ersten Sonnenstrahlen bei einem Spaziergang oder einem Kaffeeklatsch im Freien auf ein Stückchen unbedeckte Haut reagiert diese auf die aggressive UV-Einstrahlung mit einem Sonnenbrand.

[Hier befand sich ein Cartoon, der aufgrund einer Urheberrechtsverletzung entfernt wurde.]
Abb. 3: Mann mit Sonnenbrand [11]

Die in Mitleidenschaft gezogene Körperoberfläche beginnt zu brennen, wird rot und heiß. Diese ungeschützte Begegnung mit der Sonne mag für den Einzelnen ziemlich schmerzhaft sein - aber weitaus dramatischer erweisen sich die Vorgänge, wenn man sie auf zellulärer Ebene betrachtet: ein Sonnenbrand ist nichts anderes als der kollektive Selbstmord von Zellen, ausgelöst durch die UVB-Strahlen der Sonne.

Doch nicht nur wir Menschen reagieren so sensibel auf UV-Strahlen. Auch Pflanzen und Tiere tendieren immer häufiger dazu mit einem Sonnenbrand auf die hohe Strahlenbelastung zu reagieren.

Abb. 4: Paprika mit Sonnenbrand [12] Abb. 5: Kuh mit Sonnenbrand [13]

Dies liegt allerdings nicht daran, dass sich das gängige Schönheitsideal in Richtung sonnengebräunte Kuh verschoben hat, sondern an der Ausdünnung des Erdumgebenden Schutzschirmes Ozon.


1 Grundlagen Ozon

1.1 Entstehung

Es gibt vielfältige Möglichkeiten, wie Ozon entstehen kann. Grob kann zwischen von der Natur vorgegebenen (Sonneneinstrahlung, Gewitter) und durch den Menschen geschaffenen (Kraftfahrzeugsabgase, Ozonisator) Entstehungsmöglichkeiten differenziert werden.

Auf molekularer Ebene wird zwischen chemischen und physikalischen Methoden der Entstehung unterschieden. Bei den chemischen Verfahren des Aufbaus von Ozon spielen in der Troposphäre Stickstoffdioxide, wie sie durch Kraftfahrzeugs- und Kraftwerksabgase in die Umwelt abgegeben werden, eine wichtige Rolle (siehe 2.1). Zu den physikalischen Methoden des Aufbaus gehören die UV-Strahlung, wie sie durch die Sonne oder beim Schweißen freigesetzt wird.

Eine weitere Möglichkeit, wie Ozon entstehen und auch nachgewiesen werden kann ist die Elektrolyse von schwefelsaurem Wasser. Hierfür muss der Versuch "Zersetzung von Wasser" über einige Minuten ablaufen, bevor an der Anode mit Hilfe eines KI-Stärkepapiers das neben dem Sauerstoff entstandene Ozon nachgewiesen werden kann (vgl. Durchführung 3).

Versuch:

Zersetzung von Wasser

Zeitbedarf: 10 Minuten
Ziel: Analyse (ohne giftige oder ungewöhnliche Stoffe); die Zusammensetzung von Wasser; Elektrolyse; Ozon-Darstellung.
Material:
  • Hofmannscher Zersetzungsapparat
  • Netzgerät, pneum. Wanne
  • 2 Pt-Elektroden (Stopfen)
  • 4 RG, RG-Halter
  • Brenner
  • Becherglas 400 ml
  • 2 Kabel: 1 blau + 1 rot
  • Glimmspan, Trichter
  • KI-Stärke-Papier
  • dest. Wasser
Chemikalien:
  • Schwefelsäure w=20% (= stark angesäuertes Wasser)

Durchführung1:

Apparatur nach Skizze aufbauen. Netzgerät bleibt ausgeschaltet, Stellknopf muss auf 0 (Null) stehen! Mit der Schwefelsäure die Apparatur füllen. Netzgerät einschalten. Spannung so einstellen, dass an den Elektroden lebhafte Gasentwicklung stattfindet. Haben Sie genug Gas hergestellt, Netzgerät ausschalten.
Beobachtung1: An beiden Elektroden entstehen Gasblasen. An der Anode entsteht nur halb soviel Gasvolumen wie an der Kathode.
Durchführung2: Nachweis der Zersetzungsprodukte mit beiden Gasen:
1. Knallgasprobe: das Gas der Kathode ins RG (RG-Halter!) strömen lassen und gleich mit der Öffnung an die BB-Flamme halten.
2. Glimmspanprobe: das Gas der Anode ins RG (RG-Halter!) strömen lassen; Holzspan in der Flamme anzünden, ausblasen und in das RG mit dem Gas einführen.
Beobachtung2: 1. Knallgasprobe positiv: man vernimmt einen Pfeifton.
2. Glimmspanprobe positiv: die glühende Spitze leuchtet auf.
Deutung2: An der Kathode entsteht Wasserstoff, an der Anode Sauerstoff.
Durchführung3: Versuch für einige Minuten weiterlaufen lassen, dann auf der Seite des Sauerstoffs angefeuchtetes KI-Stärkepapier in den austretenden Gasstrom halten (Nachweis von Ozon!).
Beobachtung3: KI-Stärkepapier färbt sich blau.
Deutung3: Im Sauerstoff an der Anode entsteht ein Anteil Ozon.
Entsorgung: Schwefelsäure wieder verwenden.
Quelle: Häusler, K.; Rampf, H.; Reichelt, R.: Experimente für den Unterricht, Odenbourg, München 1991.

Tab. 1: Versuchsbeschreibung der Zersetzung von Wasser [14]

Allen gemein ist den vielfältigen Möglichkeiten des Aufbaus von Ozon:

  • Sauerstoff wird zu Ozon umgewandelt.
  • Es wird immer atomarer und molekularer Sauerstoff benötigt.
  • Die Reaktion muss katalysiert werden.

1.2 Struktur

Reines Ozon ist eine allotrope Variante des Disauerstoffes. Das Molekül besteht aus drei Sauerstoffatomen und besitzt ein Dipolmoment, das heißt es ist polar.


Abb. 6: Strukturformel des Ozons [8]

Die Bindungswinkel zwischen den drei Sauerstoffatomen beträgt 116,8° und die durchschnittliche Bindungslänge 127,8 pm. Ozon kann in unterschiedlichen Resonanzstrukturen vorliegen.


Abb. 7: Mesomere Grenzformeln des Ozons [8]

1.3 Reaktivität

  • sehr starkes Oxidationsmittel
  • nimmt in der Reihe der reaktionsfreudigsten Moleküle (nach Fluor) den zweiten Platz ein
  • ist in allen Aggregatszuständen explosiv und brandfördernd
  • verhält sich thermodynamisch instabil, das heißt es zerfällt spontan in zweiatomigen Sauerstoff

1.4 Anwendungen

Ozon wird in Wasseraufbereitungsanlagen, in Schwimmbädern, zur Reinigung von Operationssälen oder in der Dentologie zur Bekämpfung von Karies als Desinfektionsmittel eingesetzt. Dabei macht man sich die stark desinfizierende Wirkung des Ozons zu Eigen, durch die die meisten Bakterien im Umgebungsmedium abgetötet werden. Die desinfizierende Wirkung beruht auf der oxidativen Kraft des Ozons. Ein weiterer Vorteil der hohen Oxidationskraft von Ozon ist, dass es Chlor in der Papierindustrie als Bleichmittel ersetzen kann.


2 Ozon in der Troposphäre

2.1 Bildung und Abbau von Ozon

Das troposphärische (bodennahe) Ozon kommt in Luftschichten von 0-10km über dem Erdboden vor. Ozon wird, innerhalb der Troposphäre, aus so genannten Vorläufersubstanzen gebildet. Dazu zählen die, in Verbrennungsprozessen gebildeten, Stickoxide (NOx) und die flüchtigen Kohlenwasserstoffe (RH). Das gebildete Stickstoffmonoxid (NO) reagiert bereits bei niedrigen Temperaturen mit dem Luft-Sauerstoff (O2) zu Stickstoffdioxid (NO2).


Abb. 8: Bildung der Stickoxide

NO2 wird tagsüber durch energiereiche Sonnenstrahlung (>430nm) photochemisch gespalten, so dass NO und Sauerstoff-Radikale entstehen. Das freie Sauerstoff-Radikal reagiert anschließend mit einem Sauerstoffmolekül zu Ozon.


Abb. 9: Bildung von bodennahem Ozon

Das entstandene NO kann durch flüchtige Kohlenwasserstoffe (RH) zu NO2 zurückoxidiert werden und steht so einer erneuten Ozonbildung zur Verfügung.


Abb. 10: Bildung von NO2 aus flüchtigen KW

Nachts oder bei trübem Wetter kann Ozon durch das bei Verbrennungsvorgängen gebildete NO abgebaut werden.


Abb. 11: Abbau von bodennahem Ozon

Die Ozonkonzentrationen zeigen tagesperiodische Veränderungen mit Höchstwerten zwischen 12.00 und 18.00 Uhr und Minimalwerten in den Abend- und Nachtstunden.

 
Abb. 12: Mittlerer Tagesgang der Ozonkonzentration im Sommer an Stadt- und Waldstationen (1998 - 2007). [15]

In wenig verkehrsbelasteten Gebieten ist die Konzentration an Stickoxiden geringer, so dass tagsüber weniger Ozon gebildet wird. Nachts wird aber auch weniger Ozon abgebaut , da nicht ständig NO nachgeliefert werden kann. Somit kann die Ozonkonzentration im Sommer auf dem Land (Reinluftgebiete) ganztags auf relativ hohem Niveau verbleiben, während in der Stadt starke Schwankungen auftreten können.

Ein weitere Ursache für die unterschiedlichen Ozonkonzentrationen sind die „Ozonpakete“, die durch den Wind bei Inversionswetterlagen vom Entstehungsort über weite Entfernungen transportiert werden können, wobei Ozon gebildet, nicht aber abgebaut wird.

Die gemittelten Jahresozonkonzentrationen betragen in ländlichen Gebieten (Reinluftgebiete) ca. 60-80 Mikrogramm/m3 und in städtischen Regionen 20-40 Mikrogramm/m3.

Ozon ist neben Stickoxiden, flüchtigen Kohlenwasserstoffen und Reizverbindungen Hauptbestandteil des Sommersmogs, der in vielen Metropolen während der Sommermonate beobachtet werden kann (z. B. Athen).

2.2 Grenzwerte und Wirkung von Ozon

Ozon ist ein Reizgas, dass der Mensch über die Atemluft in die Lungen einatmet. Dort diffundiert es zu den Bronchiolen und Alveolen. An der Alveolenmembran oxidiert es die Doppelbindungen der ungesättigten Fettsäuren. Es entstehen Carbonylverbindungen. Aufgrund der Membranzerstörung kann es zu Problemen beim Gasaustausch in der Lunge kommen. Je höher die Ozonkonzentration in der Atemluft ist, desto gravierender sind die Probleme beim Gasaustausch.

Ca. 10-20% aller Kinder und Erwachsenen reagieren sensibel auf Ozon. Erste gesundheitliche Beeinträchtigungen wie z. B. Hustenreize und Augentränen, können bei empfindlichen Menschen schon ab Ozonkonzentrationen von 50 Mikrogramm/m3 auftreten. Lungenentzündungen wurden ab Werten von 150 Mikrogramm/m3 festgestellt worden. Die gesundheitliche Beeinträchtigung ist von der Höhe der Ozonkonzentration, dem Volumen der eingeatmeten Luft und der Länge der Exposition abhängig. Um die Menschen vor Ozonschäden zu schützen, wurde ein Ozonwarnsystem eingerichtet. Ab einem Schwellenwert von 180 Mikrogramm/m3 (1h-Mittel), wird die Bevölkerung auf die ansteigenden Ozonwerte hingewiesen. Bei einem Schwellenwert von 240 Mikrogramm/m3 wird die Bevölkerung vor möglichen Ozonschäden gewarnt. Darüber hinaus werden Schutzmaßnahmen empfohlen, die die Menschen vor gesundheitlichen Schäden schützen sollen. Solche Maßnahmen sind z. B. die Vermeidung körperlicher Anstrengung und Ausdauersport im Freien.

Ozon wirkt in Bodennähe folglich als Schadstoff. Dies gilt allerdings nicht nur für Menschen und Tiere, sondern auch für Pflanzen. Das Ozon dringt über Spaltöffnungen in das Gewebe der betroffenen Pflanzen ein, zerstört Enzyme sowie Membranen und ruft so genannte Nekrosen (punktförmige Zerstörungen, die auch zu Flächen zusammenwachsen können) hervor.


Abb. 13: Ozonschäden am Tabakblatt [16]

Bei starker Beschädigung der Pflanzen sterben Nadeln und Blätter ab, was zu einer geringeren Photosyntheserate und infolgedessen zu einem geringeren Wachstum der Pflanzen führt. Zusätzlich führen die länger anhaltenden Einwirkungen auch zu Vergilbungen (Chlorosen), welche einem sonst natürlichen Alterungsprozess der Pflanze entsprechen. Man spricht deshalb in diesem Zusammenhang von einer beschleunigten Alterung der Pflanzen.


3 Ozon in der Stratosphäre

3.1 Bildung und Abbau von Ozon

90% des globalen Ozons befindet sich in der Stratosphäre, welche die Luftschichten zwischen 10 und 50 km über dem Erdboden umfasst. Das Konzentrationsmaximum liegt in 15-35km Höhe, wo es die Ozonschicht bildet. Ohne anthropogene Einflüsse würde sich in der Stratosphäre ein Gleichgewicht zwischen Ozonaufbau und -abbau einstellen. Die Ozonmenge wird mit dem Dobson-Spektrometer gemessen und in Dobson Units (DU), benannt nach dem britischen Meteorologen Gordon Dobson, angegeben.

Abb. 14: Dobson-Spektrometer [17] Abb. 15: Gordon Dobson [18]

Die Ozonschicht ist im Jahresmittel global nur durchschnittlich 3mm dick [330 DU (100 DU = 1mm Ozonssäule)] und dennoch ist sie eine grundlegende Voraussetzung für das Leben auf der Erde, da sie die kurzwellige, sehr energiereiche UV-B-Strahlung der Sonne absorbiert und die Erde somit vor einer starken UV-B-Belastung schützt. In ungestörter Stratosphäre bildet sich Ozon auf Grund des hohen Anteils an UV-C-Strahlung, nach der Spaltung der Sauerstoffmoleküle in einzelne Sauerstoffatome. Durch den hohen Anteil an ultravioletter Strahlung wird es wieder abgebaut.

Abb. 16: Ozonabbau in der Stratosphäre Abb. 17: Ozonaufbau in der Stratosphäre

Ohne anthropogene Störungen befindet sich der Auf- und Abbau des Ozons im Gleichgewicht, so dass man von einem geschlossenen Zyklus sprechen kann. Dieser wird nach seinem Entdecker auch als Chapman-Zyklus bezeichnet. Die Ozonschicht schützt das gesamte Leben vor der erbgutverändernden UV-B-Strahlung, die beim Menschen Proteine zerstören und die Dimerisierung der Thyminbasen in der DNS verursachen können. Eine solche Dimerisierung kann zu erhöhtem Lungen- und Hautkrebsrisiko führen, da die natürliche Bindung zwischen Adenin und Thymin verhindert wird.

3.2 Ozonverteilung und Ozonloch

Der Hauptbildungsort des stratosphärischen Ozons ist über den Tropen lokalisiert. Von dort wird das Ozon durch horizontale und vertikale Windbewegungen über die gesamte Nord- und Südhalbkugel verteilt. Im Frühjahr fließt Ozon durch die globale Zirkulation von den Tropen in Richtung Nordhemisphäre und im Herbst von den Tropen in Richtung Südhemisphäre. In der Stratosphäre der nördlichen Halbkugel sind die Ozonmengen im Frühjahr und in der südlichen Hemisphäre im Herbst erhöht. Das Jahresmittel beträgt durchschnittlich 250-300DU. In höheren Breiten reicht die Ozonschicht tiefer an die Erdoberfläche heran (22km) als in den Tropen (25km), so dass diese Bereiche besser vor der UV-B-Strahlung geschützt sind. Als Schutz vor erhöhter UV-Strahlung haben die Menschen in den Tropen im Laufe der Evolution eine dunkle Hautfarbe entwickelt.


Abb. 18: Jährliche Ozonverteilung über dem Nord - und Südpol [2]

Von einem Ozonloch spricht man dann, wenn die Ozonschicht unter eine Durchschnittsmenge von 220DU, bezogen auf eine einzelne Stelle, absinkt. Als Ozonabbausubstanzen in der Stratosphäre sind NOx, Fluorchlorkohlenwasserstoffverbindungen (FCKWs) und halogenierte Kohlenwasserstoffverbindungen (CKWs) wie z. B. das Pestizid Methylbromid (CH3Br) wirksam. Fluorkohlenwasserstoffe sind sehr stabil und weisen je nach Verbindung eine Lebensdauer von 40 bis 100 Jahren in der Stratosphäre vor. Bis in die 90er Jahre hinein wurden die FCKWs über den gesamten Globus verteilt und von tropischen Gewittern über der Äquatorregion weiter nach oben in die Stratosphäre gewirbelt. In 30-40km Höhe werden die FCKW-Moleküle durch energiereiche UV-C-Strahlung der Sonne homolytisch gespalten. Nach dem Prozess der homolytischen Spaltung entstehen aus den FCKW-Verbindungen Chlorradikale, welche die Ozonschicht zerstören. Ein einziges Chlorradikal kann bis zu 100.000 Ozonmoleküle abbauen. Vereinfacht sind die am Ozonabbau beteiligten Reaktionen in Abb. 21 dargestellt.


Abb. 19: Abbau von FCKW und Ozon

Andere Radikale wie zum Beispiel .OH oder NO., welche bei der Verbrennung von Flugzeugtreibstoff in die Stratosphäre abgegeben werden, können in gleicher Weise wie die Cl. Radikale als Ozon abbauende Substanzen wirksam werden und die Ozonschicht zerstören.

Tatsächlich laufen die an der Entstehung eines Ozonlochs beteiligten Reaktionen allerdings noch um einiges komplizierter ab. So kommt es in den Sommermonaten meist zu einer Chlorpassivierung, indem die beim Ozonabbau entstehenden Chlormonoxidradikale mit Stickstoffdioxid Reaktionen unter der Bildung von Chlornitrat (ClONO2) eingehen. Auf diese Weise werden die Radikale abgefangen, so dass in der Sommerzeit fast kein stratosphärischer Ozonabbau stattfindet.

3.3 Ozonloch über den Polen

Zu Beginn des Frühjahrs kann es über der Antarktis (Südhalbkugel) zum Ozonabbau und zur Ausbildung eines Ozonlochs kommen. In den Jahren 1993 bis 1998 konnten innerhalb des Ozonloches um bis zu 60% reduzierte Ozondichten gemessen werden. In Bereichen unter ca. 20 - 25km Höhe wurde das Ozon zu dieser Jahreszeit über manchen Gebieten der Antarktis bereits vollständig zerstört. 1988 wurde erstmals auch über der Nordhalbkugel eine Ozonausdünnung gemessen.

Die Prozesse, welche bei der Bildung des Ozonloches ablaufen, sind fast identisch mit den Reaktionen, die zur Zerstörung der Ozonschicht über nicht-polaren Gebieten führen. Allerdings nimmt der Ozonverlust über dem Nord- und Südpol ein wesentlich größeres Ausmaß an, als über den mittleren (Europa) und den äquatorialen Breiten. Die Ursache hierfür ist durch die meteorologischen Besonderheiten der antarktischen und arktischen Stratosphäre im Winter bedingt. So kommt es im Laufe des Winters innerhalb der Stratosphäre über den Polen zum Einschluss von Luftmassen, in deren Inneren Temperaturen von - 90°C möglich sind. Durch diese extreme Kälte sind Temperaturen gegeben, bei welchen Säuregase und Wasser zu Eispartikeln gefrieren und dadurch polare stratosphärische Wolken (Polar Stratospheric Clouds, PSCs) entstehen.


Abb. 20: Polare Stratosphären Wolken [19]

Die PSCs beeinflussen die Bedingungen, unter denen die chemischen Reaktionen der Ozonzerstörung ablaufen. Die Unterschiede zwischen den extremen Ozonverlusten über dem Nord- und Südpol kommen durch die unterschiedlichen Temperaturen der Stratosphäre zustande. Über dem Südpol sind die Temperaturen der Stratosphäre kälter als über dem Nordpol, so dass es über dem Südpol zu einer gesteigerten Bildung von PSC kommt. Da die polaren stratosphärischen Wolken die Ozonzerstörung beschleunigen, kommt es dort zu einem stärkeren Abbauprozess von Ozon als am Nordpol. In den Sommermonaten treten gehäuft Reaktionen auf, bei denen die ClO-Radikale abgefangen und inaktiviert werden. So kommt es unter anderem zur Bildung von Chlornitrat, welches in seiner Funktion als inertes Reservoirgas, einen der wichtigsten Speicher für aktives Chlor darstellt.


Abb. 21: Bildung des Reservoirgases Chlornitrat [2]

Zu Beginn des Winters lagern sich die Reservoirgase an die Eispartikel der PSC an. In den Reservoirgasen sind die Halogene so gespeichert, dass sie für das Ozon keine Gefahr darstellen. Die chemisch inerten Reservoirgase des Chlors (ClONO2 und HCl) werden bereits in der Dunkelheit des Winters an der Oberfläche der PSC-Eispartikel  zersetzt. Während des polaren Winters kommt es an der Oberfläche der stratosphärischen Wolken zu Reaktionen zwischen Chlornitrat und Hydrogenchlorid oder Wasser. Auf diese Weise kommt es zur Bildung von Chlor bzw. Hypochlorid, den Vorläufern der reaktiven Chlorradikale, welche im Frühjahr das Ozon abbauen.


Abb. 22: Reaktionen an den PSC [2]

In den Frühjahrsmonaten werden die Chlorradikale photolytisch freigesetzt. Dadurch kommt es sehr schnell zu großen Konzentrationen der Halogene in der Stratosphäre, die das Ozon sofort angreifen und in kurzer Zeit zu einem großen Verlust von Ozon führen.


Abb. 23: Freisetzung der Chlorradikale und Ozonabbau im Frühjahr über den Polen [2]

3.4 Ozonzerstörung über den gemäßigten Breiten (Europa)

In Europa können sich in der Stratosphäre aufgrund der höheren Temperaturen in aller Regel keine PSC bilden. Dies ist auch die Ursache dafür, dass über Europa bislang noch keine Ozonlöcher gemessen wurden. Eine Ausnahme in der Bildung von PSC wurde allerdings im Winter 1997 verzeichnet, in welchen vereinzelt stratosphärische Wolken beobachtet werden konnten. Ansonsten kam es in den vergangenen Wintern eher selten zur langsam verlaufenden photolytischen Spaltung des Chlornitrats, wobei Chlormonoxid- und Stickstoffdioxidradikale gebildet werden. Es liegen in den gemäßigten Breiten folglich insgesamt weniger Ozon abbauende Radikale vor, als über den polaren Bereichen.


Abb. 24: Photodissoziation von Chlornitrat über Europa [2]

Über Europa kam es in den letzten 30 Jahren zu einer Verminderung der Ozonkonzentration um etwa 10% und über dem Südpol sogar um 50%. Dennoch scheint das Ausmaß des Ozonlochs rückläufig zu sein. Ursache für den Rückgang ist die geringere Freisetzung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen. Seit 1996 ist die Produktion von FCKW in den Industrieländern verboten. Für die Entwicklungsländer gelten noch Übergangsfristen bis Ende 2010. Danach wird auch dort die Produktion der FCKW verboten werden.


Schluss 1: Ist eine Marsbesiedlung möglich? Können die Simpsons auf den Mars auswandern? Die Simpsons können vielleicht irgendwann einmal auf dem Mars landen, auf dem Mars überleben, werden sie hingegen niemals können. Denn zum Überleben wäre eine UV-Licht absorbierende Ozonschicht notwendig, die der Marsatmosphäre jedoch fehlt.

Schluss 2: Wegen der Ausdünnung der Ozonschicht innerhalb der Stratosphäre in den vergangenen Jahren sollten insbesondere vor anstehenden Reisen an den Südpol die rückläufigen Ozonkonzentrationen und die dadurch erhöhte UV-B-Strahlenbelastung in die Urlaubsplanung eingeschlossen und gegebenenfalls Schutzmaßnahmen ergriffen werden.


Abb. 25:
Hobbys und deren Spuren auf der Haut [20]


4 Literatur

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  2. Graedel, T.; Crutzen, P. :Atmosphäre im Wandel, 1.Auflage, Spektrum Verlag, Heidelberg/Berlin 1996.
  3. Mortimer, C. E.: Chemie Basiswissen, 7. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 2001, S. 411-412, 438-439.
  4. Klautke, S: Ozon – Schutzschild und Schadwirkung, Unterricht Biologie, Heft 199, 1994, S. 12.
  5. Zellner, R.: Chemie in unserer Zeit; Heft 3; 1993; Seiten 230 – 236.
  6. Hübner, K.: Chemie in unserer Zeit; Heft 2; 2005, Seiten 140 - 142.
  7. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Broschüre: Viel Sommer – Wenig Smog, 2004.
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