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Inhaltsverzeichnis (Gliederung)

1.0 Einleitung Seite 2

1.1.1 Einleitung (Text) Seite 2

1.1.2 Was ist Ozon Seite 3

1.2.1 Ozonzerstörende Spurengase Seite 4

1.2.2 Erklärungen zur Tabelle Seite 5

1.2.3 Montreal-Protokoll Seite 6
 

2.0 Ozonloch Seite 7

2.1.1 Natürliche Ozonverteilung der Erdatmosphäre Seite 7

2.1.2 Entstehung des Ozonlochs Seite 8

2.2 Schädigung der Ozonschicht Seite 9
 

3.0 Aussichten Seite 10
 

4.0 Anlagen Seite 12
 
4.1 Literaturhinweise Seite 12
 
 

1.0 Einleitung

1971 gab es zum ersten mal den Verdacht, daß Stickoxide aus Flugzeugen die Ozonschicht gefährden. Doch erst als 1974 die amerikanischen Wissenschaftler F. S. Rowland und M. J. Molina den Verdacht äußerten, daß Flourchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) langfristig das in den oberen Luftschichten vorhandene Ozon abbauen würden, wurde dem Problem auch international Beachtung geschenkt. Die Wissenschaft vertraute FCKW, konnte es doch eine Reihe giftiger und brennbare oder sonstiger problematische Stoffe ersetzen und galt demzufolge als ein besonders fortschrittliches Produkt der Chemie. Es dauerte bis 1984 um die Vermutungen von Rowland und Molina zu bestätigen, erst dann wurde das Ozonloch über der Antarktis entdeckt. Zwar hatten Wettersatelliten schon zuvor einen Rückgang der Ozonschicht gemessen, doch wurden diese Messungen verworfen und als Fehlmessungen abgetan da sie in keines der Erklärungsmuster paßten und auch von keinem Wissenschaftler vorhergesagt wurden.

Die FCKW galten als ungiftig und so stabil, daß auch mit keinen anderen Stoffen hätten Probleme auftreten sollen. Doch gerade ihre hohe Stabilität verschafft ihnen auch ein langes Leben. So können FCKW`s im Laufe der Jahre die höher gelegene Statosphäre (10 km - 50 km) erreichen, wo sie dann durch die energiereichere Sonnenstrahlung zersetzt werden. Bei diesem Prozeß werden Chloratome frei, die in einer Kettenreaktion die Ozonschicht zerstören. Ein so freigesetztes Chloratom kann, bevor es zum Bestandteil langlebiger Substanzen wird, hunderttausende Ozonmoleküle zerstören. Die Folge ist also der Ozonabbau und damit das Entstehen des Ozonlochs.
 

1.1 Was ist Ozon

Ozon O3 (vgl. Anlagen 2 Ozon Molecule) wurde 1839 vom deutschen Wissenschaftler C. F. Schonbein entdeckt. Es ist ein blaß blaues, relativ unstabiles Molekül, welches aus drei Sauerstoff-Atomen besteht. Es entsteht aus molekularem Sauerstoff O2 unter extrem ultravioletter Photolyse gefolgt durch die Rekombination von atomischen Sauerstoff O. Diese Verbindung ist sehr unbeständig, d. h. Ozon spaltet sich leicht auf und reagiert dann sehr aggressiv mit anderen Stoffen.

Ozon ist ein natürlicher, gasförmiger Bestandteil der Erdatmosphäre. Es kommt in sehr unterschiedlichen Konzentrationen in den verschiedenen Luftschichten vor (vgl. Anlagen 4 Stratosphere, Dobson Unit). Je nachdem wo sich das Ozon befindet, hat es ganz verschiedene Bedeutungen für das Leben auf der Erde. In der Atemluft wirkt es aufgrund seiner Reaktionsfreudigkeit als Reizgas und führt bei hoher Konzentration zu einer Schädigung der Atemwege. Im bodennahen Bereich würde sich ohne den Einfluß der Industrie nur wenig Ozon bilden.

In der Statosphäre bildet Ozon jedoch ein Schutzschild gegen die zerstörerische ultraviolette Strahlung der Sonne. Das verbrauchte Ozon in der Stratosphäre wird durch einen Regelkreis ständig ersetzt und ermöglicht so optimale Lebensbedingungen.

Besonders drastische Ozonabnahmen werden während den Monaten September und Oktober über der Antarktis gemessen. Dieses Phänomen wir als Ozonloch bezeichnet.
 

1.2.1 Ozonzerstörende Spurengase
 
  Formel Konzen-trations-anstieg % ODP- 

Wert

 Lebens- 

dauer 

(Jahre)

 Herstellmenge 

in 1000t

 Montrealgeregelt
F11 CCI3F 5,7 1 50-80 400 ja
F12 CCI2F2 6,0 1 100-150 560 ja
F113 CCI2F - CCIF2 10 0,9 90-110 160 ja
F114 CCIF2 - CCIF2 -------- 0,8 200-300 24 ja
F115 CCIF2 - CF2 -------- 0,2 400-800 15 ja
Halon 1211 CBrCIF2 -------- 3 25 10 ja
Halon 1301 CBrF3 -------- 8 110 10 ja
F22 CHCIF2 11,7 0,05 16-22 206 nein
Methy- 

chloroform

 CH3CCI3 7 0,15 6,2 - 7,4 640 nein
Tetrachlor- 

kohlenstoff

 CCI4 1,5 1,2 50-70 830 nein
Methyl- 

chlorid

 CH3CI -------- ---- 1,5 500 nein
Methyl- 

bromid

 CH3Br -------- ---- 2,3 --------- nein
 

1.2.2 Erklärungen zur Tabelle

Die wichtigste Gruppe der Ozonkiller sind die (FCKW) Flourchlorkohlenwasserstoffe. Sie werden vor allem von der Elektroindustrie als Lösungs- und Reinigungsmittel benutzt. Sie sind als Kältemittel in Kühlschränken und Klimaanlagen, sie dienen zum Verschäumen von Kunststoffen und werden immer noch als Treibmittel für Spraydosen eingesetzt. Eine weitere Gruppe bilden die bromierten Halone (Bsp.: Feuerlöschanlagen) und verschiedene chlorierte Kohlenstoffe (Bsp.: Lösemittel Tetrachlorkohlenstoff, Lachgas Dickstoffoxid N2O).

Die in der Tabelle aufgeführten Stoffe zerstören die Ozonschicht in unterschiedlichem Ausmaß. Ihre "relative Ozonwirksamkeit", der sogenannte ODP-Wert wird in einem Model berechnet. Dieser Wert gibt ein durchschnittliches Ozonzerstörungspotential an. Der Nachteil des ODP-Wertes ist, daß es sich um einen Mittelwert handelt der den Effekt auf das Gesamtozon beinhaltet (d.h. die atmosphärische Position des Ozonkillers ist nicht entscheidend). Der ODP-Wert berücksichtigt nicht, daß das Abbauhöhenprofil für jede einzelne der Substanzen charakteristisch und unterschiedlich ist und vor allem von der Wellenlänge des UV-Lichts abhängt, welche den bestimmten FCKW photolysiert. Beispielsweise hat F22 einen ODP-Wert von 0,05, so wäre es richtiger anzugeben daß F22 in bestimmten Höhen ein Ozonzerstörungspotential von 0,16 hat und in anderen eins von 0,001 Gültigkeit besitzt. Auch ist zu berücksichtigen, daß F22 in manchen Höhen (wo F11 den Abbau fördert) sogar ozonerzeugend wirken kann.
 

1.2.3 Montreal-Protokoll

Das Montreal-Protokoll von 1987 regelt zwei Gruppen ozonzerstörender Stoffen, die FCKW und die Halone. Stoffe wie F22 und Substanzen wie Tetrachlorkohlenstoff und Methychloroform wurden (aus unverständlichen Gründen) in den Beschlüssen nicht berücksichtigt.

Da das Montreal-Protokoll eine Reihe ozonschädigender Stoffe nicht mit einbezogen hat, bleibt zu bezweifeln ob so ein weiter Ozonabbau reduziert werden kann. Gängige Modellrechnungen ergeben bei vollständiger Befolgung des Montreal-Protokolls Ozonverluste im Jahr 2030 zwischen 1,5 und 3,5%.
 

2.0 Ozonloch

2.1.1 Natürliche Ozonverteilung der Erdatmosphäre

Die vertikale Ausdehnung der Erdatmosphäre beträgt ca. 300 km (einschließlich Thermospäre). Das die Temperaturverteilung in den verschiedenen Höhen unterschiedlich ist, kann man die Erdatmosphäre in Stockwerke aufteilen. Das Erdgeschoß bildet hierbei die Troposphäre mit einer vertikalen Ausdehnung bis ca. 10 km. Darüber liegt, in einer Höhe von 10 bis 50 km, die Stratosphäre.

90 % des natürlichen Ozongehalts der Erdatmosphäre befinden sich in der Stratosphäre, davon allein 75 % in einer Schicht von 15 bis 40 km. Die restlichen 10 % befinden sich in der Troposphäre. Die Ozonkonzentration ist nicht konstant, sondern abhängig von verschiedenen Kriterien:

Der Normalzustand der mittleren Gesamtozonverteilung wird mit etwa 250 DU (Dobson-Units) in äquatorialer Nähe, und mit 300 bis 500 DU in polarer Nähe angegeben. Die Messungen erweisen sich als äußerst schwierig, wird beispielsweise stratosphärisches Ozon abgebaut bei gleichzeitiger Zunahme bodennahen Ozons, so bleibt das Gesamtozon unverändert.
 

2.1.2 Entstehung des Ozonlochs

Etwa 100 chemische Reaktionen in der Atmosphäre (mit verschiedenen Reaktionspartnern) bilden ein verkoppeltes System mit den chemischen Reaktionen des Ozons. Zudem wird dieses System noch durch verschiedene Temperaturen und wechselnden Konzentrationen beeinflußt. All diese Komponenten zusammen machen, durch die zusätzliche Beeinflussung anthropogenen Spurengasen eine genaue wissenschaftliche Vorhersage nahezu unmöglich. Auch ist die Entstehung des Ozonlochs über der Antarktis noch nicht genauer geklärt:

Nach heutigen Erkenntnissen geht man davon aus, daß das Ozonloch wahrscheinlich durch die besonderen meteorologischen Bedingungen über der Antarktis entsteht. Der sogenannte Südpolarwirbel unterbindet vorübergehend einen Luftaustausch zu anderen Gebieten und gleichzeitig kommt es zu einer speziellen Wolkenbildung (Polare stratosphärische Wolken), die den chemischen Abbau des Ozons besonders begünstigt. Satelitenaufnahmen zeigen ein ähnliches Phänomen auch über der Arktis, nur löst sich dieses Ozonloch durch das Zusammenbrechen des Nordpolarwirbels schneller wieder auf.

Das Auftreten des Ozonlochs über den Polen gibt uns Menschen jedoch ein überaus alarmierendes Signal, bedenkt man doch daß die höchste Ozonverteilung (300 bis 500 DU; bei Ausbleiben des Polarwirbels) über den Polen herrscht. Nur ein Zusammenbrechen des Polarwirbels läßt das Ozonloch zu bestimmten Jahreszeiten wieder zurücktreten und schließt somit die schützende Ozonschicht wieder.
 

2.2 Schädigung der Ozonschicht

Die wichtigste Gruppe der Ozonkiller sind die FCKW, eine weitere Gruppe bilden die bromierten Halone und chlorierte Kohlenwasserstoffe. Nach der Freisetzung in die Atmosphäre werden diese anthropogenen Spurengase zunächst von den Winden in Erdnähe über die Erdkugel verteilt und steigen dann langsam in die Stratosphäre auf. FCKW wird während der Reise durch die Troposphäre praktisch nicht abgebaut, andere zumindest teilweise. In der Aufstiegsphase tragen FCKW stark zum Treibhauseffekt bei. Nach dem Erreichen der Stratosphäre können die Spurengase nicht mehr absinken, da die Temperaturen hier höher als in den Oberschichten der Troposphäre sind. Deshalb kommt es dann in der Stratosphäre zu einer Anreicherung der Chemikalien, welche nur noch durch die Einwirkung der UV-Strahlung der Sonne photolytisch abgebaut wird. Beim photolytischen Abbau entstehen nun die sogenannten Radikale, die den Ozonabbau katalysieren. Ein Radikal kann so die Zerstörung Tausender Ozonmoleküle bewirken, ehe es selbst durch eine andere chemische Reaktion zerstört wird. So ist es nun auch leicht verständlich, daß schon eine geringe Schadstoffkonzentration eine große Auswirkung haben kann.
 

3.0 Aussichten

Die Erde ist mit seiner Atmosphäre ein solch komplexes System, daß die Analyse einer einzigen Wechselwirkung sehr schwer und zudem noch sehr leicht anzweifelbar ist. Eine einzelne Theorie mag sich zwar in der Praxis tausendfach beweisen, weicht jedoch nur ein Vorgang davon ab so muß auch sie verworfen werden. Selbst bei einem so aktuellen Thema wie Ozonloch (Treibhauseffekt) läßt sich zu Recht bezweifeln, ob die Voraussagen tatsächlich eintreffen werden. Auch muß eine Handlung dies bezüglich (mit den entsprechenden Auswirkungen) schon im Vorfeld genauestens diskutiert werden.

Das Erwarten einer verstärkten anthropomorphen Einflußnahme auf die Naturgeschehnissen läßt sich schwer von der Hand weisen. Fakt ist, daß eine Wechselbeziehung zwischen menschlichen Handels und Ozonloch besteht, jedoch ist muß die Konzentration der Spurengase nicht weiterhin so steigen wie in den letzten Jahren. Eine gängige Methode zur Abschätzung zukünftigen Konzentrationen ist schon daher schwer, (ausgehend von der derzeitigen Rate der Veränderung) da nur so über die Faktoren (welche die Veränderungen beeinflussen) nachgedacht werden kann. Zudem ändert sich bei jedem Treibhausgas der Sachverhalt.

Am einfachsten zu untersuchen sind FCKW`s, wobei hier F11 und F12 mit einem atmosphärischen Zunahme von 5 % die Hauptvertreter sind (Kohlendioxid 0,5 %). Diese Gase werden für ein bestimmtes Einsatzgebiet künstlich hergestellt und gehen, im Unterschied zu Kohlendioxid, keine Reaktionen mit lebenden Organismen ein. Auch waren diese Gase schon Gegenstand internationaler Vereinbarungen, welche eine Verringerung des Ausstoßes in den nächsten 20 Jahren gewährleisten sollen. (Montreal, Rio de Janeiro, Kopenhagen und Berlin).

Am schwersten beurteilen lassen sich wohl die Auswirkungen von Methan (jährliche Konzentrationssteigerung ca. 2 %). Die Hauptursache der Methanemission ist die Zersetzung organischen Materials durch von anaerobe Bakterien, also Fäulnisprozesse in Mülldeponien, Sümpfen, aber auch in Verdauungssystemen von Vieh und Termiten. Reagiert Methan mit dem Hydroxylradikal HO zusammen, so wird es aus der Luft entfernt. Eine genau Erklärung für den atmosphärischen Methananstieg gibt es nicht, man vermutet aber daß die Ursachen hier ein vermehrter Reisanbau und intensive Viehhaltung sind. Käme es zu keiner Verringerung der Spurengaskonzentration so könnte mehrere Umweltauswirkungen folgen. Zum einen vermutet man einen weiteren Anstieg des Meeresspiegels, hervorgerufen durch das Abschmelzen der Polkappen. Auch könnte sich die zonale Verteilung von Niederschlägen ändern und somit auch Auswirkungen auf Wald und Landwirtschaft haben.

Wie schwer eine gute Vorhersage sein kann läßt sich am Beispiel des Passat-Windes verdeutlichen. Der Passat ist ein warmer Wind der in den Anden entsteht und in den Golf von Mexiko treibt, dort angelangt ist er der Motor für den Golfstrom. Der Golfstrom sorgt unter anderem für das milde Winterklima in den westeuropäischen Küstenregionen. Eine globale Erwärmung hätte nun aber zur Folge, daß der Passat zusammenbrechen würde (und somit auch der Golfstrom) was dann zu einer Abkühlung der Temperaturen in Westeuropa führen würden. Einerseits hätte also eine Erwärmung ein Abkühlung zur Folge.
 

4.0 Anlagen

Sämtliche Farbgrafiken und Illustrationen sind aus dem World-Wide-Web. Hierbei stammt die Folie Anlagen 1 von der GEO-Homepage (http://www.dkrz.de/dkrz/broschuere/forschung/ozon.html).

Alle Anderen Anlagen sind von der Goddard Distributed Homepage (http://eostest2.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/ATM_CHEM/image_index.html)
 

5.0 Literaturhinweise

Umweltschutz Göttingen: Hinweise zum Umweltgerechten Verhalten (1994)

John Firor, Herausforderung Weltklima, SA-Verlag Heidelberg (1993)

R. Grießhammer, Ozonloch und Treibhauseffekt, Rowohlt Verlag, (1990)