Ozon in der Atmosphäre: Stratosphäre vs. Troposphäre

Der Sauerstoff, den Menschen atmen, wird als Dioxygen bezeichnet. Bestehend aus zwei Sauerstoffatomen wird Dioxygen durch die molekulare Formel O2 beschrieben. Obwohl Ozon aus demselben Element besteht (ein Allotrop), trägt es ein zusätzliches Sauerstoffatom und hat daher die Formel O3. Ein bläuliches Gas mit stechendem Geruch, Ozon wird normalerweise in hohen Konzentrationen in der Stratosphäre (obere Atmosphäre) und in mäßigen Konzentrationen in der Troposphäre (untere Atmosphäre) gefunden.

Ozon in Stratosphäre und Troposphäre

Im Vergleich zu Ozon in der Troposphäre weist natürlich vorkommendes Ozon in der Stratosphäre (acht bis 30 Meilen von der Erde entfernt) nicht nur ein anderes Verhalten auf, sondern hat auch eine andere Funktion. Stratosphärische Ozonmoleküle werden durch die ultravioletten Strahlen der Sonne gespalten. Die daraus resultierenden einzelatomigen Sauerstoffmoleküle sind hochreaktiv und verbinden sich mit O2, um O3 zu bilden. Da dieses Ozon den Großteil der kurzwelligen UV-Strahlung absorbiert, dient es als Puffer der Erde vor gefährlicher Sonnenstrahlung.

In der Troposphäre (null bis acht Meilen von der Erde entfernt) sinkt die Temperatur aufgrund niedrigerer Drücke atmosphärischer Gase sowie eines reduzierten Wärmetransports von der Planetenoberfläche. Solarstrahlung, die die Erde trifft, prallt zurück in die Troposphäre, wo Turbulenzen die ultravioletten Strahlen neu verteilen. Von Boden und Pflanzen freigesetzte Kohlenwasserstoffe und geringe Mengen stratosphärischen Ozons umfassen die Quellen von natürlich vorkommendem Ozon in der Troposphäre.

Ozonloch

Im Jahr 1985 entdeckte ein britisches Team des Meteorological Survey, dass die Ozonkonzentrationen über der Antarktis zwischen 1977 und 1984 im Vergleich zum Niveau von 1960 um etwa 40 Prozent gesunken waren. Dieses Ozonloch stellte den ersten eindeutigen Beweis dar, dass menschliche Aktivitäten die Umwelt beeinflussen. Die in Kühlmitteln, Spraydosen und anderen hergestellten Produkten verwendeten Chlorkohlenwasserstoffe (CFCs) sind weder giftig noch entzündlich. Diese Verbindungen steigen jedoch in die Stratosphäre auf und werden dort durch Strahlung in Chloratome aufgespalten. In der oberen Atmosphäre können freie Chloratome Zehntausende von Ozonmolekülen zerstören und so den Schild der Erde vor der Sonne vernichten.

Während das Montreal-Protokoll von 1987 zu einer internationalen Anstrengung führte, Chlorkohlenwasserstoffe zu eliminieren, können die Auswirkungen dieser Verbindungen auf die Stratosphäre 100 Jahre anhalten. Die Zunahme der UV-Strahlung kann zu verschiedenen Gesundheitsproblemen führen, einschließlich vorzeitiger Alterung, Hautkrebs, Grauem Star und Schäden am menschlichen Immunsystem.

Ozonverschmutzung

Im Gegensatz zur Stratosphäre, wo Ozon eine schützende Rolle spielt, fungiert Ozon in der Troposphäre als Treibhausgas. Erzeugt durch die chemische Reaktion zwischen Stickoxid-Emissionen aus Industrie und Fahrzeugen sowie Kohlenwasserstoffen, ist Ozon ein Hauptbestandteil von Smog. Als Reizstoff für die Lungen, vergleichbar mit Zigarettenrauch, verursacht Ozon eine erhöhte Anfälligkeit für Infektionen, Asthma, Lungenemphysem und andere Atemwegserkrankungen. Darüber hinaus schließen sich die Unterseiten von Pflanzen (Stomata) aufgrund hoher Ozonwerte, was die Photosynthese und das Wachstum verzögert. Die Ozonwirkungen auf die Landwirtschaft können sich nachteilig auf die weltweite Nahrungsmittelversorgung auswirken.