Etwa 15 bis 25 Kilometer über der Erde befindet sich die sogenannte Ozonschicht. Diese besteht aus Ozon und entsteht dadurch, dass kurzwelliges UV(ultraviolettes) Licht auf Sauerstoff trifft. Die Ozonschicht filtert kurzwellige UV(B)-Strahlung heraus und lässt langwellige UV(A)-Strahlung weitestgehend durch.
Ozonloch – Definition
Die Ozonschicht schützt die Erdatmosphäre vor den Effekten der UV(B)-Strahlung der Sonne. Hat diese Schicht ein Loch, dringen die Strahlen in die Atmosphäre ein und können so negative Auswirkungen auf die Ökologie haben.
Unter einem Ozonloch versteht man eine große Öffnung in der Ozonschicht, die durch die Einwirkung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) entsteht.
Ozonloch – Entstehung & Entdeckung
Erste Messungen, die eine Schwächung der Ozonschicht über der Antarktis zeigten, wurden bereits im Jahr 1957 durch die britische Forschungsstation Halley Ball veröffentlicht. Sie fanden jedoch kaum Beachtung.
Die Forscher Paul Crutzen, Mario Molina und Frank Sherwood Rowland machten erstmals 1974 auf das FCKW-Problem aufmerksam. Demnach würde eine Anreicherung von FCKW in der Ozonschicht zu einer Abnahme der Ozonkonzentration, und schließlich zu Löchern in der Ozonschicht, führen. Dies geschieht hauptsächlich in der Antarktis, wurde jedoch auch im Jahr 2020 am Nordpol (Arktis) beobachtet.
Crutzen, Molina und Rowland erhielten 1995 für ihre Forschungen rund um die Ozonschicht und die Entstehung von Ozonlöchern den Nobelpreis für Chemie.
Im Jahr 1985 wurde dann offiziell durch die drei Forscher Brian Gardiner, Joe Farman und Jonathan Shanklin das Ozonloch in der Antarktis nachgewiesen. Außerdem konnte bestätigt werden, dass die FCKWs tatsächlich die schwerwiegendste Ursache für das Ozonloch waren.
Mitunter durch diese Ergebnisse wurde schließlich im Jahr 1987 das Montrealer Protokoll von 47 verschiedenen Staaten unterschrieben. Hierbei einigten sich die Unterzeichnenden darauf, FCKW nicht mehr in ihren Industrien anzuwenden.
Durch das FCKW-Verbot wurden schnell drastische Verbesserungen sichtbar, und die Ozonschicht konnte sich zu einem großen Teil erholen. Damit ist das Problem der Ozonlöcher jedoch noch nicht komplett beseitigt. Denn seitdem hat Distickstoffoxid, auch bekannt als Lachgas, FCKW als Hauptschädling der Ozonkonzentration abgelöst.
Ozonloch – Ursachen & Zerstörung der Ozonschicht
Ursprünglich waren die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) die Hauptursache für die Ozonzerstörung. FCKW wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts vom amerikanischen Chemiker Thomas Midgley entwickelt, wodurch Kühlschränke sicherer und billiger wurden.
Im Laufe der Zeit wurden FCKW auch für Schaumstoffe und Spraydosen verwendet, bis ihre negativen Auswirkungen auf die Ozonschicht bekannt und sie im Jahr 1987 aus der Industrie verbannt wurden.
Die FCKW zählen mit zu den Treibhausgasen. Mit anderen Worten: Die Problematik der Ozonlöcher hängt auch mit dem Treibhauseffekt zusammen. Mehr zu diesem Thema findest Du im entsprechenden Artikel.
Ozonloch – Entwicklung & Folgen
FCKW reagiert mit den Ozonmolekülen (O3) in der Atmosphäre und baut diese zu Sauerstoff (O₂) ab. Dadurch wird die Ozonschicht dünner, bis sie irgendwann ein Loch hat. Durch dieses gelangen vermehrt UV-B-Strahlen an die Erdoberfläche, welche krebserregend auf Lebewesen wirken können. Außerdem schaden die Strahlen dem Augenlicht von Organismen.
Ziel sollte es also generell sein, alle Faktoren, die zum Abbau von Ozon beitragen, weitestgehend zu verringern.
Abbildung 1: UV-Strahlung der SonneQuelle: weltderphysik.de
Zu Abbildung 1
UV(C)-Strahlen sind kurzwelliger sowie energiereicher als UV(A)- und UV(B)-Strahlen. Sie werden von der Erdatmosphäre absorbiert. Das heißt, die UV(C)-Strahlen gelangen nicht bis zur Erdoberfläche. UV(B)-Strahlen gelangen in die Stratosphäre und werden dort größtenteils angefangen. UV(A)-Strahlen dringen hingegen durch die Stratosphäre und die Troposphäre hindurch und erreichen somit die Erdoberfläche.
Zu den Schichten der Erdatmosphäre
Die Troposphäre liegt etwa in einer Höhe von 15 Kilometern. Die Stratosphäre in Höhen von bis zu etwa 50 Kilometern. Darüber folgen noch die Mesosphäre (bis 80 Kilometer) und die Thermosphäre (bis etwa 500 Kilometer), die in der Abbildung allerdings beide nicht eingezeichnet sind.
Nachdem FCKW in vielen Ländern verboten wurden, ist nun Distickstoffoxid, auch bekannt als Lachgas, der größte Auslöser für die Ozonzerstörung. Es wird beim Verbrennen von fossilen Kraftstoffen und beim Einsatz von künstlichem Dünger freigesetzt.
Regeneration der Ozonschicht
Hauptverantwortlich für die Entstehung des Ozonlochs waren jedoch die FCKW. Da diese mittlerweile verboten sind, nimmt auch die Dicke der Ozonschicht wieder etwas zu. Ein Problem ist dabei, dass der Stoff eine Lebensdauer von mehr als 100 Jahren hat.
Zudem braucht es Zeit, bis die FCKW überhaupt die Ozonschicht erreichen. Die Konzentration hatte um das Jahr 2000 herum sein Maximum erreicht und baut sich seitdem langsam wieder ab.
Ein weiteres Problem für die Ozonschicht ist der Klimawandel, da dieser Temperaturveränderungen verursacht, die sich negativ auf die Dicke der Schicht auswirken können.
Ozonloch Klimawandel
Grundsätzlich sind sowohl das Ozonloch als auch der Klimawandel unterschiedliche Folgen der Industrialisierung. Auch wenn es sich bei beiden Begriffen um verschiedene Phänomene handelt, können sie doch voneinander abhängen.
Studien legen nahe, dass sich bei einem weiter fortschreitenden Klimawandel die Ozonlöcher nicht schließen werden. Das liegt daran, dass der Treibhauseffekt für eine Veränderung in der Luftzirkulation der Atmosphäre sorgt.
Unter Klimawandel – auch Klimaveränderung, Klimaänderung oder Klimawechsel genannt – versteht man sowohl die Abkühlung als auch die Erwärmung des Klimas über einen längeren Zeitraum.
Was passiert dabei? Tropische Luft gelangt schneller Richtung Nord- oder Südpol. In Kombination mit den Gasen wie Kohlendioxid und Methan, die zur globalen Erderwärmung beitragen, führt das zur Abkühlung der höheren Luftschichten. Wird es in der Stratosphäre zu kalt, kommt es zum Abbau von Ozon.
Mehr dazu kannst Du auch dem Beispiel zur Entstehung des Ozonlochs in der Antarktis weiter unten entnehmen.
Weitere Informationen zum Klimawandel, der Geschichte, den Ursachen sowie den Folgen findest Du im Artikel zum "Klimawandel" im Bereich Geographie.
Chemischer Ozonabbau
Durch die Zersetzung von FCKW entstehen Chlorradikale (Cl). Diese entziehen wiederum den Ozonmolekülen (O3) eines ihrer Sauerstoffmoleküle (O) wodurch molekulares Sauerstoff (O₂) und Chlormonoxid (ClO) entstehen.
Cl + O3 → ClO + O₂
Das Chlormonoxid reagiert wiederum mit Sauerstoffatomen (O), wodurch sich wieder Chlorradikale (Cl) sowie Sauerstoff bilden.
ClO + O → Cl + O₂
Dadurch ergibt sich der in der unteren Abbildung dargestellte Chlor-katalysierte Kreislauf. Laut diesem kann im Grunde schon ein einziges Chloratom unendlich viele Ozonmoleküle zerstören.
Abbildung 2: Chemischer OzonabbauQuelle: weltderphysik.de
Ozonloch über der Antarktis
Für eine anschaulichere Erläuterung der Ozonzerstörung soll das Ozonloch über der Antarktis genauer betrachtet werden. Schaue Dir dazu auch die entsprechende Grafik an.
Das Ozonloch am Südpol entsteht dadurch, dass durch Vulkanausbrüche Schwefelverbindungen in die Atmosphäre gelangen. Infolgedessen kommt es zur Entstehung von Polaren Stratosphärischen Wolken (PSC).
Wird es besonders kalt, können zudem Wasserdampf und Salpetersäure zusammen "ausfrieren". Der in der Darstellung abgebildete Polarwirbel sorgt dann dafür, dass das Gemisch an Ort und Stelle gehalten wird und keine wärmere Luft eindringen kann. Dadurch wird die Ozonschicht innerhalb dieses Polarwirbels immer weiter ausgedünnt und es entsteht ein Ozonloch.
Salpetersäure ist in diesem Fall ein Produkt, welches aus chemischen Reaktionen von FKCW und Ozon entstanden ist. Mit anderen Worten, es enthält ozonschädigende Stoffe.
Abbildung 3: Ozonloch über der AntarktisQuelle: wetteronline.de
Die Größe eines Ozonlochs ist übrigens nicht immer gleich, sondern variiert je nach Jahreszeit. Ist es wärmer nimmt die Größe ab, ist es kälter nimmt sie zu.
Ozonloch - Das Wichtigste
Unter dem Begriff Ozonloch versteht man eine Ausdünnung der Ozonschicht in der Erdatmosphäre, die vor allem in den Polarregionen auftritt. In Extremfällen kann dies auch zu großflächigen Löchern in der Ozonschicht führen.
Durch diese Löcher können UV-B-Strahlen leichter an die Erdoberfläche gelangen. Diese wirken auf Lebewesen krebserregend, weshalb es im allgemeinen Interesse liegt, die Bildung von Ozonlöchern zu unterbinden.
Ausgelöst wurden die Ozonlöcher zu Beginn hauptsächlich durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die mit den Ozonmolekülen (O3) in der Stratosphäre reagieren und diese zu Sauerstoff (O₂) abbauen. Dadurch verringert sich die Anzahl der Ozonmoleküle, die Ozonschicht wird dünner und erhält schließlich Löcher.
Nachdem die Weltpolitik effektiv die Benutzung von FCKW in Industrien verboten hat, verbesserte sich der Zustand der Ozonschicht.
Heutzutage sind nicht mehr FCKW die Hauptursache für die Entstehung von Ozonlöchern, sondern Distickstoffoxid (Lachgas).
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