Teil II: Wo bleibt der Schutz durch das Ozon?
Seit der Entdeckung des Ozons wurde festgestellt, dass sich der Anteil an Ozon in der Stratosphäre zunehmend verkleinert. Das ging sogar so weit, dass das Ozonloch über der Antarktis Mitte der Neunziger Jahre die Größe von Nordamerika einnahm. Nicht gerade vorteilhaft, wenn man bedenkt wie wichtig sie für uns ist und was dieses kleine eigentlich gesundheitsschädliche Molekül zu unserem Schutz vor der UV-Strahlung beiträgt. (Teil I)
Als Hauptursache werden allgemein die CFKW, also Chlorfluorkohlenwasserstoffe (früher FCKW, aber der Chemiker mag es gern alphabetisch) angenommen. CFKW sind Kohlenwasserstoffketten, bei denen die Wasserstoffe durch die Halogene Chlor oder Fluor ersetzt sind. CFKW sind ziemlich reaktionsträge, reagieren also mit so gut wie nichts, sind auch nicht giftig und brennen nicht und sind zudem leicht zu verflüssigen - logisch also, dass man sie in Betracht zog, in Sprays als Treibgase und Kühlkreisläufen als Kühlflüssigkeiten zu nutzen.
Seit der Entdeckung des Ozons wurde festgestellt, dass sich der Anteil an Ozon in der Stratosphäre zunehmend verkleinert. Das ging sogar so weit, dass das Ozonloch über der Antarktis Mitte der Neunziger Jahre die Größe von Nordamerika einnahm. Nicht gerade vorteilhaft, wenn man bedenkt wie wichtig sie für uns ist und was dieses kleine eigentlich gesundheitsschädliche Molekül zu unserem Schutz vor der UV-Strahlung beiträgt. (Teil I)
Als Hauptursache werden allgemein die CFKW, also Chlorfluorkohlenwasserstoffe (früher FCKW, aber der Chemiker mag es gern alphabetisch) angenommen. CFKW sind Kohlenwasserstoffketten, bei denen die Wasserstoffe durch die Halogene Chlor oder Fluor ersetzt sind. CFKW sind ziemlich reaktionsträge, reagieren also mit so gut wie nichts, sind auch nicht giftig und brennen nicht und sind zudem leicht zu verflüssigen - logisch also, dass man sie in Betracht zog, in Sprays als Treibgase und Kühlkreisläufen als Kühlflüssigkeiten zu nutzen.
Bild Beispiele für CFKW Doch eben weil sie so reaktionsträge sind, gelangen sie auch recht unangetastet in die Stratosphäre zum Ozon. Dort sind sie der energiereichen Strahlung der Sonne ausgesetzt und Strahlung der Wellenlänge kleiner als 220 nm kann die Bindung zwischen Kohlenstoff und Chlor spalten (genauso wie die Strahlung auch die Sauerstoff- und Ozonmoleküle zersetzt). Die Strahlung macht es zu gleichen Teilen, also kriegt jeder der Bindungspartner je ein Elektron. Es entstehen Chlorradikale.
Das Chlorradikal hat es nun wirklich in sich. Es greift das Ozonmolekül an und zerstört es.
Das Chlorradikal hat es nun wirklich in sich. Es greift das Ozonmolekül an und zerstört es.Cl + O3 → ClO + O2
Auch Chlormonoxid ClO ist ein Radikal, welches ebenfalls ein Ozonmolekül vernichten kann.
ClO + O3 → ClO2 + O2
Doch das ist nicht das Ende. Chlordioxid ClO2 ist nicht stabil und zerfällt.
ClO2 → Cl + O2
Das jetzt freiwerdende Chlorradikal kann nun wieder von vorne anfangen. Auf diese Weise kann ein einziges Chlorradikal bis zu 100.000 Ozonmoleküle auseinander nehmen, bevor es endgültig aus diesem Kreislauf entfernt wird. Bromradikale (Br) wie sie aus den Halonen (Kohlenwasserstoffe, bei denen die Wasserstoffe durch Fluor, Chlor und noch zusätzlich Brom ersetzt wurden) entstehen können, reagieren völlig analog, sind aber sogar noch ein Stück flotter bei der Sache.
Natürlich ist das nicht alles, die Reaktionen des Ozons und der CFKW besonders über der Antarktis sind noch etwas komplizierter und die Veränderung in den Konzentrationen sind von der Jahreszeit und der Anwesenheit anderer Gase, welche auch durch den Menschen erzeugt wurden, abhängig. Doch die gerade genannten Reaktionen bilden die Grundlage für das Verständnis dessen, was da oben geschieht.
Übrigens hat sich anscheinend seit dem großflächigen Verbot der CFKW und einiger anderer ozonschädigender Substanzen die Größe des Ozonlochs nicht merklich verändert (oder zumindest scheint sich die Ozonschicht stellenweise etwas auszubessern). Bis das gesamte CFKW aus der Stratosphäre raus ist und das Ozonloch tatsächlich nicht mehr wiederkehrt, wird es aber noch eine Weile brauchen. Optimistische Schätzungen munkeln etwas von Mitte des 21. Jahrhundert, es wird wohl aber etwas später werden und das Ozonloch über der Antarktis wird uns noch eine Weile lang öfter besuchen. Zudem sind nicht nur allein die CFKW für den Abbau des Ozons verantwortlich. Schon das Lachgas (Distickstoffoxid N2O), welches durch die Stickstoffdüngung frei wird, trägt dazu bei - und eine Alternative zur Stickstoffdüngung ist nicht gerade in Sichtweite. Aber auch Stoffe, die man verbieten kann, wie das Brommethan CH3Br (früher Methylbromid), welches äußerst giftig ist und deshalb als Schädlingsvernichtungsmittel eingesetzt wird, erfreuen sich trotz Verboten weiter großer Beliebtheit („in Ausnahmefällen“). Dabei kann Brommethan nicht nur die Ozonschicht schädigen (es entstehen die Bromradikale), sondern kann sich schon am Boden negativ auf die Umwelt auswirken.
Die Geschichte des Ozons zeigt, dass der Mensch in der Lage ist, aus seinem Handeln die richtigen Konsequenzen zu ziehen. Dafür braucht es Mut und Durchsetzungsvermögen und man muss manchmal Leute vor den Kopf stoßen. Dass noch immer altbekannte ozonschädigende Substanzen eingesetzt werden, zeigt aber auch, dass es mit dem Durchsetzungsvermögen noch nicht recht klappt. Na, wir können wenigstens stolz sein, dass überhaupt was geschehen ist. In 50 Jahren werden wir vielleicht ganz ähnlich auf die Kohlenstoffdioxid-Debatte schauen.
Anmerkungen
Die exakten Zahlenwerte stammen aus Riedel, E., Janiak, C. Anorganische Chemie, 7. Aufl., de Gruyter Berlin 2007, den Mechanismus habe ich zur entsprechenden Zeit aus Bruice, P., Organische Chemie, 5. Aufl., Pearson Studium, 2007 (Woah, was für ein klasse Buch, nur viel zu fett. :D) gelernt.
Zum Weiterlesen
Focus online - Wissen: Ozonloch - Die Gefahr scheint gebannt
Natürlich ist das nicht alles, die Reaktionen des Ozons und der CFKW besonders über der Antarktis sind noch etwas komplizierter und die Veränderung in den Konzentrationen sind von der Jahreszeit und der Anwesenheit anderer Gase, welche auch durch den Menschen erzeugt wurden, abhängig. Doch die gerade genannten Reaktionen bilden die Grundlage für das Verständnis dessen, was da oben geschieht.
Übrigens hat sich anscheinend seit dem großflächigen Verbot der CFKW und einiger anderer ozonschädigender Substanzen die Größe des Ozonlochs nicht merklich verändert (oder zumindest scheint sich die Ozonschicht stellenweise etwas auszubessern). Bis das gesamte CFKW aus der Stratosphäre raus ist und das Ozonloch tatsächlich nicht mehr wiederkehrt, wird es aber noch eine Weile brauchen. Optimistische Schätzungen munkeln etwas von Mitte des 21. Jahrhundert, es wird wohl aber etwas später werden und das Ozonloch über der Antarktis wird uns noch eine Weile lang öfter besuchen. Zudem sind nicht nur allein die CFKW für den Abbau des Ozons verantwortlich. Schon das Lachgas (Distickstoffoxid N2O), welches durch die Stickstoffdüngung frei wird, trägt dazu bei - und eine Alternative zur Stickstoffdüngung ist nicht gerade in Sichtweite. Aber auch Stoffe, die man verbieten kann, wie das Brommethan CH3Br (früher Methylbromid), welches äußerst giftig ist und deshalb als Schädlingsvernichtungsmittel eingesetzt wird, erfreuen sich trotz Verboten weiter großer Beliebtheit („in Ausnahmefällen“). Dabei kann Brommethan nicht nur die Ozonschicht schädigen (es entstehen die Bromradikale), sondern kann sich schon am Boden negativ auf die Umwelt auswirken.
Die Geschichte des Ozons zeigt, dass der Mensch in der Lage ist, aus seinem Handeln die richtigen Konsequenzen zu ziehen. Dafür braucht es Mut und Durchsetzungsvermögen und man muss manchmal Leute vor den Kopf stoßen. Dass noch immer altbekannte ozonschädigende Substanzen eingesetzt werden, zeigt aber auch, dass es mit dem Durchsetzungsvermögen noch nicht recht klappt. Na, wir können wenigstens stolz sein, dass überhaupt was geschehen ist. In 50 Jahren werden wir vielleicht ganz ähnlich auf die Kohlenstoffdioxid-Debatte schauen.
Anmerkungen
Die exakten Zahlenwerte stammen aus Riedel, E., Janiak, C. Anorganische Chemie, 7. Aufl., de Gruyter Berlin 2007, den Mechanismus habe ich zur entsprechenden Zeit aus Bruice, P., Organische Chemie, 5. Aufl., Pearson Studium, 2007 (Woah, was für ein klasse Buch, nur viel zu fett. :D) gelernt.
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Focus online - Wissen: Ozonloch - Die Gefahr scheint gebannt
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