Ozon - eine Sauerstoffverbindung die schaden und schützen kann (2016)

Ozon schadet in Bodennähe, schützt in der Atmosphäre

Eine Sauerstoffverbindung kann giftig, gefährlich sein? Die meisten Menschen verbinden mit dem Begriff Sauerstoff sicher nur Positives. Viele Lebewesen benötigen Sauerstoff zum Atmen, für ihren Stoffwechsel, zum Aufbau energiereicher Verbindungen. Dieser molekulare Sauerstoff aus zwei Sauerstoffatomen unterscheidet sich in seinen Eigenschaften allerdings erheblich vom Ozon, einem Sauerstoffmolekül aus drei Sauerstoffatomen. 

 

Eigenschaften: Luftsauerstoff, Disauerstoff O_2, ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, sehr reaktionsfähig und nur mäßig löslich in Wasser. Ozon, Trisauerstoff O₃, ist bei Zimmertemperatur ein blaues Gas, das sogar noch in einer Verdünnung von 1:500 000 deutlich zu riechen ist. Es ist unbeständig und zerfällt bei gewöhnlicher Temperatur und gewöhnlichem Druck zu Disauerstoff.

 

Schutz der Ozonschicht: In dem WAZ-Artikel "Ein Tag für die schützende Schicht der Erde", las ich, dass der 16. September der Internationale Tag für den Schutz der Ozonschicht ist. Gerade im Sommer wird aber doch auch häufig Ozonalarm ausgelöst. Wie hängt das zusammen?

 

Entstehung: "Ozon bildet sich überall dort, wo durch Energiezufuhr (u.a. bei der Einwirkung energiereicher Strahlung oder bei elektrischen Entladungen) Sauerstoffatome aus Sauerstoffmolekülen freigesetzt werden, die dann mit weiteren Sauerstoffmolekülen reagieren." (Schüler Duden Chemie, Mannheim 1995, S. 303f) Bei der Bildung von Ozon aus Sauerstoff dient z.B. das Stickstoffdioxid, das in großen Mengen durch industrielle Prozesse entsteht, als Katalysator. Siehe auch "Entstehung von bodennahem Ozon" der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg und "Photosmog und bodennahe Ozonbildung" von Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie.

 

Gefahren, Ozonalarm: Bodennah ist Ozon gefährlich. Es ist ein giftiges Gas, das Augen, Schleimhäute, die Lunge reizt und Pflanzen schädigt. Es entsteht vor allem im Sommer, weil dann die Sonnenstrahlung besonders intensiv ist. Durch Luftschadstoffe wie Stickstoffoxide, Schwefeloxide und Kohlenwasserstoffe aus Autos und Industrieabgasen wird dann vermehrt Ozon aus dem Luftsauerstoff gebildet. Da die negativen Auswirkungen von Ozon, vor allem in höheren Konzentrationen, besonders für Kinder, Kranke und Senior_innen nicht mehr strittig sind, muss die Bevölkerung ab einer bestimmten Konzentration gewarnt werden und gibt es Verhaltensregeln vom Umweltbundesamt: "Ab einer Konzentration von 180 Mikrogramm je Kubikmeter (µg/m³) im Stundenmittel wird die Bevölkerung unterrichtet, ab 240 µg/m³ erfolgt eine Warnung." Siehe auch "Ozon-Alarm in Deutschland: So gefährlich ist das Gas tatsächlich" von focus online, August 2015 .

 

Schutzschicht, Ozonloch: In der Stratosphäre, in einer Höhe von 20 bis 40 km, schützt uns das Ozon dagegen vor dem für Lebewesen gefährlichen UV-C-Anteil aus dem Sonnenlicht. In geringen Mengen ist die UV-Strahlung der Sonne zwar lebensnotwendig, da der menschliche Körper sie z.B. zur Herstellung von Vitamin D benötigt, in größeren Mengen verursacht sie dagegen Schäden wie Sonnenbrand, deutlich mehr Augenerkrankungen, eine stark erhöhte Hautkrebsrate, eine Schädigung des Erbmaterials in den Zellen und eine Schwächung des Immunsystems. "Da auch Algen und Landpflanzen geschädigt werden können, ist auch die Ernährungsgrundlage des Menschen in Gefahr." (blickpunkt chemie, Braunschweig 2002, S. 270)

Diese so wichtige Ozonschicht in höheren Schichten der Atmosphäre wurde vor allem durch aufgestiegene Treibgase, Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) enorm geschädigt. Sie wurde immer dünner. 1986 haben Wissenschaftler_innen erstmals ein Ozonloch über der Antarktis nachgewiesen, also einen Bereich mit einer sehr geringen Ozonkonzentration. Seit den 80er Jahren wird das Ozonloch jeweils im Frühjahr und Spätwinter beobachtet und 2011 erstmals, laut Greenpeace auch über der Nordpolarregion."Greenpeace kämpfte seit den 80er Jahren für ein Verbot der Klima- und Ozonschicht zerstörenden FCKW. Um allen Verbrauchern eine umweltfreundliche Kühlschrankalternative anzubieten, entwickelte Greenpeace gemeinsam mit der sächsischen Firma dkk Scharfenstein (später Foron) den ersten FCKW- und FKW-freien Kühlschrank der Welt, den Greenfreeze. Seit 1992 hat der Greenfreeze einen internationalen Siegeszug angetreten." Zwar dürfen vollhalogenierte FCKW seit 1996 in den Industrieländern nicht mehr hergestellt oder verwendet werden. Doch laut blickpunkt chemie (Hannover 2006, S. 270) wird uns das Ozonproblem noch Jahrzehnte begleiten, da es bis zu dreißig Jahre dauert bis am Boden freigesetzte FCKW-Moleküle die Ozonschicht erreichen.

 

Zerstörung der Ozonschicht durch FCKW: Durch die Sonnenstrahlung werden von den FCKW Chloratome abgespalten, die sehr reaktionsfähig sind und pro Molekül mit einem Ozonmolekül zu einem Sauerstoffmolekül und einem Molekül Chlormonooxid reagieren.

z.B.: CCl₃F -------------> CCl₂F + Cl

        Cl +  O₃ ----------> ClO +  O₂

Das Chlormonoxid reagiert mit einem Sauerstoffatom, das bei der Spaltung von Ozon durch die UV-Strahlung entsteht. So wird neben einem Sauerstoffmolekül wieder ein Chloratom frei.

        ClO + O -----------> O₂ + Cl

"Auf diese Weise kann ein enziges Chloratom bis zu 100 000 Ozonmoleküle zerstören." (elemente chemie I, Stuttgart 19994, S. 279) Laut Spiegel online vom Juli 2016 scheint das FCKW-Verbot aber langsam Wirkung zu zeigen: "Jetzt präsentieren Forscher den entscheidenden Beweis: Am Beginn der Ozonlochsaison im September zeigten Messungen von Wetterballons und Satelliten, dass die Ozonschicht tatsächlich dicker geworden ist, berichten Forscher im Wissenschaftsmagazin "Science"."

 

Ozonproblematik: Ein Video von focus online zeigt kurz und knapp "Die guten und schlechten Seiten von Ozongas", gerade auch für Asthmatiker_innen, Menschen mit Lungenerkrankungen. Vor allem an warmen, sonnigen Tagen steigen die Ozonwerte und können sich auch durch Kopfschmerzen bemerkbar machen. Sehr anschaulich und ausführlich ist die Ozonproblematik von Julia Fehring und Lena Schreiner dargestellt. Hier werden auch internationale Maßnahmen zur Verringerung des Ozonlochs von 1985 bis 1999 sowie EU-Maßnahmen dargestellt: Ausstieg aus H-FCKW, Methylbromid (Pestizid), Maßnahmen zur Reduktion der Emission aller ozonabbauender Stoffe. Auch Auswirkungen und Ursachen für eine erhöhte Ozonkonzentrationen am Boden werden hier zusammen mit politischen Maßnahmen genauer dargestellt

 

Ozonwerte in Deutschland: Auf der webseite wetter online "Luftqualität Deutschland" lässt sich jeweils die Prognose Tagesmaximum Ozon ablesen. Laut Umweltbundesamt sind die Ozon-Spitzenkonzentrationen zwar seit 1990 lange nicht mehr so hoch und so häufig, dafür habe der Ozon-Jahresmittelwert in dem gleichen Zeitraum aber zugenommen und der Zielwert für 2010 werde weiterhin überschritten. Es muss also noch viel getan werden.