Sommer, Sonne, FCKW

Am 25. Juli 2018 veröffentlicht von Katrin Janke

Endlich ist es wieder Sommer! Die Sonne traut sich nicht nur hinter ihren Wolken hervor, sondern strahlt regelrecht von morgens bis abends. Genau die Zeit, um sich rauszulegen und zu sonnen. Was darf nicht vergessen werden? Natürlich, Sonnencreme! Selbst bei den zarten Sonnenstrahlen in Deutschland. Im Urlaub am Strand erst recht. Sonnenschutz ist einfach wichtig und wird auch in Zukunft immer wichtiger werden. Denn die Ozonschicht, die uns vor starker Sonneneinstrahlung schützt, wird immer dünner und „löchriger“. Heißt das, unser Planet wird immer wärmer?

Zwischen 11 und 14 Uhr ist die Sonnenstrahlung besonders gefährlich. Zu der Zeit kann man einen schönen Mittagsschlaf machen…

 

Warm wie im Gewächshaus
Jeder von euch hat bestimmt schon vom Treibhausgaseffekt gehört. Dieser ist für uns überlebenswichtig, denn er bewirkt eine konstante Durchschnittstemperatur von 15 Grad Celsius. Wie durch die Fensterscheibe eines Gewächshauses gelangen Sonnenstrahlen durch die Ozonschicht in die Atmosphäre. Der größte Teil davon wird wieder zurück reflektiert, ein kleiner Teil bleibt. Genau so viel, wie wir für eine angenehm beheizte Erde brauchen. Die Ozonschicht besteht aus Ozonmolekülen (O₃) und ist eine der vielen Gasschichten der Erdatmosphäre, welche sich in 15 bis 50 Kilometern über der Erde befindet. Ihre Hauptfunktion ist die eines Schutzfilters: Sie hält gefährliche ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) von der Erde fern. Doch wie genau funktioniert sie? Den Ablauf könnt ihr euch folgendermaßen vorstellen: Ein Sauerstoffmolekül wird durch UV-Strahlung in zwei Sauerstoffatome gespalten [O₂ + UV → 2O].
Die einzelnen Sauerstoffatome treffen auf andere Sauerstoffmoleküle und reagieren zu Ozon [O + O₂ → O₃]. Auch auf Ozon wirkt UV-Strahlung spaltend. Aus einem Ozon-Molekül werden wieder ein Sauerstoffmolekül und ein Sauerstoffatom [O₃ + UV → O₂ + O]. Ozonmoleküle werden in der Atmosphäre ständig zerlegt und wieder neu aufgebaut, sodass die Gesamtmenge an Ozon durchgehend relativ konstant bleibt. Dies nennt sich auch Ozon-Gleichgewicht.

Die Gase der Industrie
Seit der Industrialisierung Ende des 19. Jahrhunderts hat eine anthropogene, also vom Menschen verursachte, Verstärkung des Treibhausgaseffektes stattgefunden, was seitdem zu einer immer schnelleren Erwärmung der Erde geführt hat. Dafür sind in erster Linie die Gase Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄) und Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) verantwortlich. Kohlendioxid wird beispielsweise durch das Autofahren freigesetzt. Methan entsteht zu einem großen Teil bei der Verdauung von Rindern. FCKW wird als Treibgas in Sprühdosen und zum Aufblähen von Schäumen benutzt, als Kühlmittel in Eisschränken, Kühltruhen und Klimaanlagen eingesetzt und als Reinigungsmittel für Textilien und die empfindlichen Teile in der elektronischen Industrie verwendet. Richtiger an dieser Stelle wäre das Verb „wurden“, denn seit Ende der 80er Jahre ist die Herstellung und Nutzung von FCKW verboten. Zu dem Zeitpunkt haben Wissenschaftler mittlerweile herausfanden, dass Fluorchlorkohlenwasserstoffe zum größten Teil für die Entstehung des „Ozonlochs“ verantwortlich sind. Zwar scheint es so, dass CO₂ das schädlichste Gas ist, was grundsätzlich nicht von der Hand zu weisen ist. Doch FCKW ist auf längere Sicht schädlicher, weil es erst nach 45 bis 100 Jahren zerfällt. Aufgrund der chemischen Stabilität und Reaktionsträgheit hat es eine hohe Verweildauer in der Atmosphäre und kann so viel Schaden anrichten. 1987 wurde das internationale Montrealer Abkommen unterzeichnet, mit dem gemeinsamen Ziel, FCKW-Emissionen zu verringern und so die Ozonschicht zu schützen. Doch war in Anbetracht der Verweildauer des Gases eine schnelle „Heilung“ der Ozonschicht überhaupt möglich? Leider nein. In vielen alten Feuerlöschern und Dämmstoffen in Gebäuden sind noch FCKWs enthalten und strahlen diese auch heute noch aus. Der Hauptgrund für die fortschreitende Schwächung der Ozonschicht ist jedoch der, dass unsere moderne Gesellschaft nicht ohne Treib- und Kühlstoffe funktionieren kann. Die Substanzen, die seit dem Verbot verwendet werden, sind zwar weniger gefährlich, doch immer noch stark klimaschädlich. Eine effiziente Alternative wurde bisher nicht gefunden.

Wie reagieren FCKWs?
Fluorchlorkohlenwasserstoffe existieren in zwei chemischen Varianten: Trichloromonofluoromethan (CFCl₃) und Dichlordifluormethan (CF₂Cl₂). Durch die Energie der Sonnenstrahlung können daraus sehr reaktive Chlor-Atome abgespalten werden [CFCl₃ + UV → CFCl₂ + Cl und CF₂Cl₂ + UV → CF₂Cl + Cl]. Das freie und relativ reaktive Chloratom entzieht einem Ozonmolekül ein Sauerstoffatom und reagiert zu Chlormonoxid und Sauerstoff [Cl + O₃ → ClO + O₂]. Das Sauerstoffatom wird dem Chlormonoxid von einem anderen Sauerstoffatom „weggenommen“, sodass das wieder frei gewordene Chloratom weitere O₃-Moleküle zerstören kann [ClO + O → Cl + O₂]. Ein Chloratom kann 20.000-30.000 Ozonmoleküle zerstören. Folglich wird die Konzentration der Ozonmoleküle in der Atmosphäre immer geringer.

Die große Gefahr
Durch die Zerstörung der Ozonschicht kommt gefährliche UV-Strahlung nahezu ungefiltert durch die Erdatmosphäre. Ultraviolettes Licht ist sehr energiereich und hat eine schädliche Wirkung auf Pflanzen, Tiere und Menschen. Die Wahrscheinlichkeit von Hautkrebs, Hautalterung und Augenkrankheiten bei Menschen nimmt zu. Nach und nach kann es auch zur Schädigung von menschlichen und tierischen DNS, also dem Erbgut, führen. Auch die Photosynthese von Pflanzen wird dadurch beeinträchtigt.

Ungefilterte ultraviolette Strahlung ist nicht nur für Menschen, sondern auch für Pflanzen und Tiere schädlich. Die Ozonschicht ist für uns alle essentiell.


Ozonloch wieder zu?

Zwar hatte die Weltorganisation für Meteorologie optimistisch verkündet, dass sich der Ozongehalt der Atmosphäre seit dem Jahr 2000 stabilisieren würde. Doch eine aktuelle Studie unter der Leitung von Wissenschaftlern der ETH Zürich und das Physikalisch-Meteorologischen Observatoriums Davos zeigte, dass sich die Ozonschicht an vielen Stellen nicht normalisiert hat. Die Ergebnisse von Satellitenmessungen über mehrere Jahrzehnte hinweg sind ausschlaggebend: Zwar ist die Erholung des Ozonlochs über der Antarktis mithilfe des Montrealer Abkommens gelungen. Dafür wurde aber auch nachgewiesen, dass die Ozonschicht in der tiefer liegenden Stratosphäre dünner ist als je zuvor. In der untersten Troposphäre wurden dennoch erneut erhöhte Ozonwerte festgestellt. Denn der Mensch ist nicht nur Meister darin Ozon-schädigende Substanzen zu produzieren, sondern auch solche, die Ozonbildung fördern wie Stickoxide in Verbrennungsmotoren und Kohlenwasserstoffe in der Industrie. Paradoxerweise gleicht sich so das Verhältnis zwischen den zwei untersten Schichten der Erdatmosphäre etwas aus. Dennoch sollte noch viel mehr Forschung in dem Bereich betrieben und die Ozonschicht noch gezielter geschützt werden, so das Appell der Wissenschaftler der durchgeführten Studie.

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