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Zerstörung der Ozonschicht - Referat
Zerstörung der Ozonschicht
von Anica & Juliane
Mai 2001
Gliederung:
1. Was ist Ozon?
2. a) Was ist die Atmosphäre
b) Aufbau der Atmosphäre?
3. Was und wo ist die Ozonschicht?
4. Aufgaben der Ozonschicht?
5. Die Zerstörung der Ozonschicht
6. Gegenmaßnahmen
7. gesundheitliche Auswirkungen auf den Menschen
1.Was ist Ozon
Ozon (O3) entsteht wenn sich ein Sauerstoffatom (O) mit einem Sauerstoffmolekül (O2) chemisch verbindet (siehe Grafik Deckblatt).
Die Reaktion eines O-Atoms mit einem O2-Molekül kann im freien Gasraum nicht ablaufen, da die Energieerhaltung bei der Entstehung eines so einfach aufgebauten Moleküls wie O3 nicht gewährleistet werden kann. Daher kann der Prozess mit nennenswertem Erfolg nur auf dem Wege eines Dreierstoßes zwischen Sauerstoff (O), molekularem Sauerstoff (O2) und einem dritten Partner M laufen. M geht unverändert aus der Reaktion hervor und nimmt die im Ozon nicht deponierbare Energie auf:
O2 + O + M ------> O3 + M + 100 kJ/mol (ca. 25 kcal/mol) (1a)
Es handelt sich also um eine exotherme Reaktion.
Ohne die Energieabgabe an M würde das beim Stoß von O und O2 entstehende O3 in kürzester Zeit wieder zerfallen. Dreierstöße sind zwar relativ seltener als Zweierstöße, jedoch steht als Stoßpartner M das atmosphärische Stickstoffmolekül N2 zur Verfügung, das in riesigen Mengen vorhanden ist (rund 79% der Luftmoleküle sind N2-Moleküle).
M kann aber auch jedes andere in der Luft vorkommende Molekül sein, vorallem O2 selbst, das rund 20% der Luftmoleküle darstellt. Diese riesige Menge an verfügbaren Stoßpartnern M gleicht die eigentlich zu erwartende relativ geringe Häufigkeit von Dreierstößen mehr als aus. So steigt die Wahrscheinlichkeit für die Reaktion. Damit sind über die Reaktion unter stratosphärischen Umweltbedingungen bis zu 5x1010 Moleküle Ozon pro cm3 Luft und pro Sekunde produzierbar.
2. a)Was ist die Atmosphäre
Photographien der Erde, die von einem Raumschiff aus aufgenommen wurden, zeigen einen dünnen blauen Saum am Rande des Planeten. Diese Schicht ist die Atmosphäre, deren dichterer Teil nur ca. 100 km dick ist und deren Ausläufer oberhalb von 600 km kaum noch vorhanden sind. Im Vergleich zum Durchmesser der Erde von ca. 12.600 km handelt es sich also bei der Atmosphäre nur um eine hauchdünne Hülle. Ohne diese Lufthülle wäre Leben auf der Erde völlig unmöglich.
Die Atmosphäre dient in vielfältiger Weise als Schutzschicht.
Ohne sie wäre z.b. die mittlere Jahrestemperatur nicht +15 °C, sondern eher -15 °C. Der natürliche Treibhauseffekt der Atmosphäre ist für die Anhebung der Temperatur und für die Einhaltung eines Temperaturgleichgewichtes um 15 °C verantwortlich. Ohne eine Atmosphäre gäbe es keine Ozeane, die - wenn sie sich überhaupt hätten formen können - schon früh eingefroren wären. Und ohne sie würde die Erdoberfläche durch die energiereiche UV-Strahlung der Sonne so bombardiert, daß sich Lebensformen auf dem Festland nie hätten entwickeln können.
2.b)Aufbau der Atmosphäre
Die stockwerkartige Struktur der Atmosphäre ist in der obenstehenden Grafik schematisch dargestellt.
Sie ist unterteilt in:
· die Troposphäre
0 bis ca. zwischen 12 und 18 km
· die Stratosphäre
zwischen ca. 15 und 50 km
· die Mesosphäre
ca. 50 bis 100 km
· die Thermosphäre
100 bis mehrere hundert km
· die Exosphäre
oberhalb der Thermosphäre
Jeder dieser Atmosphärenbereiche zeichnet sich durch spezifische Eigenschaften aus.
Die Exosphäre zum Beispiel ist der unscharfe Übergangsbereich zwischen Atmosphäre und Weltraum, für den sich eine obere Grenze nicht angeben läßt.
In der Thermosphäre - und etwas tiefer - treten u.a. die Polarlichter auf.
Die Mesosphäre enthält eine Schicht von Natrium-Atomen, die durch hier verglühende Meteoriten dort deponiert werden. An der oberen Grenze der Mesosphäre beginnt für Raumschiffe die Rückkehr in die dichtere Atmosphäre.
In der Stratosphäre befindet sich die Ozonschicht.
Und in der Troposphäre schließlich läuft das den Menschen bewußt werdende Wettergeschehen ab.
Das Geschehen überhalb der Troposphäre wird vom Menschen nicht wahrgenommen.
Die Einteilung in diese "Sphären" richtet sich nach dem Temperaturverlauf in der Atmosphäre und den dadurch bedingten unterschiedlichen dynamischen Eigenschaften der verschiedenen Höhenbereiche. Deshalb ist diese Einteilung also nicht willkürlich.
3.a)Was und wo ist die Ozonschicht
Seit etwa einer Milliarden Jahre hat die irdische Atmosphäre etwa die gleiche Struktur, wie sie heute vorliegt. Davor hat es mehrere (sogenannte primordinale) Entwicklungsstufen gegeben. An deren Ende wurde durch das Auftreten von maretimen Lebensformen Sauerstoff gebildet und in die Atmosphäre abgegeben. Aus dem molekularen Sauerstoff wurde unter Einwirkung der UV-Strahlung der Sonne Ozon gebildet. Fast das gesamte atmosphärische Ozon
ist in der Stratosphäre unterhalb ca. 35 km zu finden. Es konzentriert sich in einer Schicht mit einem Maximum der Ozondichte bei ca. 20 bis 25 km, je nach geographischer Lage über der Erde. Die Ozonschicht endet relativ abrupt unterhalb von etwa 10 bis 15 km.
Die Menge des Ozons in der Atmosphäre (inklusive eines sehr geringen Anteils troposphärischen Ozons) wird in Dobson-Einheiten oder matm-cm angegeben. Eine Dobson Einheit (DU) entspricht einer Schichtdicke von 0,01 mm Ozon bei einem Normaldruck von 1013 hPa und einer Temperatur von 15 Grad Celsius.
3.b) die Ozonschicht über Europa
Die aktuellen Bilder des Gesamtgehaltes des Ozons über Europa werden von der DLR (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt) zur Verfügung gestellt. Die Daten stammen aus dem Global Ozone Monitoring Experiment (GOME), das sich im wesentlichen auf Satellitendaten stützt, diese aber auch mit erdgebundenen Beobachtungen vergleicht, um ihre Verlässlichkeit zu sichern.
Das Bild zeigt die Ozonverteilung über Europa am 19. Mai 1999. Diese jahreszeitlich bedingten Schwankungen sind beträchtlich und hängen von einer von meist meteorologischen Faktoren wie Temperatur und Luftströmung ab.
4. Aufgaben der Ozonschicht
Die UV-Strahlung wird durch eine Schicht von Ozonmolekülen in der Atmosphäre so weit unterdrückt, daß sie nicht mehr lebensbedrohend wirken kann (siehe 2.a).
5. Die Zerstörung der Ozonschicht
1986 entdeckten Wissenschaftler erstmals ein saisonales "Loch" in der Ozonschicht über der Antarktis. Inzwischen ist auch eine Abnahme der Ozonkonzentration über der Nordhalbkugel zu beobachten. Dünnt die Ozonschicht weiter aus, so rechnen Fachleute unter anderem mit einer Zunahme der ultravioletten Sonnenstrahlung und damit auch von Hautkrebsfällen. Aber auch klimatischen Veränderungen und Ernteverlusten können die Folge sein.
Maßgeblich verantwortlich für den Abbau der lebenserhaltenden Ozonschicht sind die Fluorchlorkohlenwasserstoffe, kurz FCKW. Dies sind Kohlenwasserstoffverbindungen, in denen Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluor- oder Chloratome ersetzt sind. FCKW sind extrem stabil und reaktionsträge. In dieser Trägheit liegt zugleich ihr "Unheil": Ohne mit anderen Stoffen zu reagieren, erreichen die FCKW die Stratosphäre und zerstören dort die Ozonschicht. Kohlenwasserstoffverbindungen, bei denen nicht alle Wasserstoffatome durch die Halogene Chlor oder Fluor ersetzt sind, werden als teilhalogenierte FCKW (H- FCKW) bezeichnet. H-FCKW sind in der Atmosphäre nicht so stabil wie vollhalogenierte FCKW. Sie reagieren leichter mit anderen Stoffen und gelangen daher nur zum Teil in die Ozonschicht.
H-FCKW tragen deshalb wesentlich weniger zur Ausdünnung der Ozonschicht bei. Allerdings sind H-FCKW, wie beispielsweise auch FCKW, Kohlendioxid, Methan und Lachgas, am Treibhauseffekt beteiligt. Andere chemische Verwandte der FCKW sind die Halone. Halone enthalten neben Fluor auch Brom und teilweise Chlor. Sie können drei- bis zehnmal soviel Ozon zerstören wie FCKW. Durch die Strahlung der Sonne werden die Chloratome von den FCKW-Molekülen abgespaltet. Die freien Chloratome zerstören die Ozon-Moleküle. Nach dieser Reaktion entsteht immer wieder ein Chloratom, das erneut Ozon-Moleküle angreift. Auf diese Weise kann ein einziges Chloratom bis zu 100.000 Ozon-Moleküle zerstören. Dieser Prozeß läuft immer und immer wieder ab. Er kommt erst dann zum Stillstand, wenn das Chloratom andere Reaktionspartner findet, die es binden und so aus dem Kreislauf schleusen.
6. Gegenmaßnahmen
Durch das Maß der globalen Bedrohung der Umwelt wächst das Bewusstsein der Dringlichkeit eines gemeinsamen Einschreitens.
Jedoch machen es verschiedene Faktoren schwierig:
Die Emissionen sind meist unsichtbar
Schwierigkeiten im Nachweiß der Folgen
Erstes Problem war die Concorde Ende der 60iger Jahre.
Wissenschaftler sprachen sich gegen die Überschallflüge aus, da sie Zusammenhänge mit dem Ozonproblem erkannten.
Anschuldigungen waren zwar unbegründet, aber hatten starke Nachwirkungen.
Diese Anschuldigungen weckten die Aufmerksamkeit der Politiker und es
wurden zahlreiche Komitees einberufen [z.B. COVOS (Frankreich); CIAP (USA); COMESA (England) ].
So wurde eine wissenschaftliche Gemeinschaft in Bewegung gebracht.
1974 begannen erstmals die wichtigsten FCKW -Hersteller Studien über die Wirkung des FCKWs zu erstellen und schränkten sich ab 1976 erstmals freiwillig im Verbrauch des FCKW (vor allem in Spraydosen) ein.
1985 wurde der erste Vertrag zum Schutz der Ozonschicht - ,,Wiener Übereinkunft" von 27 Staaten unterzeichnet.
Zunächst wurde das Ozonproblem abgeschwächt, doch durch die Entdeckung des Ozonloches wurde wieder großes Interesse erweckt. Am 15 September 1987 unterzeichneten im ,,Protokoll von Montreal" 27 der 55 Teilnehmerstaaten. Dieses Protokoll beschäftigt sich sowohl mit der Umweltproblematik und dem Schutz der Ozonschicht und der Verhinderung des künstlichen Treibhauseffektes als auch mit der Verminderung der FCKW -Produktion.
Der Rückgang an FCKW ist mittlerweile erfreulicherweise schon festzustellen.
Auch wurden immer bessere Kraftstoffsysteme und umweltfreundlichere Technik entwickelt.
Der Trend muss jedoch Jahrzehnte anhalten bevor eine Erholung der Ozonschicht möglich ist.
Fazit:
Zum Schutz der globalen Umwelt muss von allen Nationen der Erde mitgeholfen werden um eine langfristige Besserung zu erreichen.
Wiekann jeder einzelne zum Schutz der Ozonschicht beitragen?
- Bei kurzen Strecken sollte lieber auf das Auto verzichtet werden.
- Fahrgemeinschaften bilden
- Öffentliche Verkehrsmittel benutzen
- Altfahrzeuge mit Katalysator und Verdunstungsfilter nachrüsten.
- Wasserlösliche Farbe, Lacke und Reinigungsmittel, die (fast) keine organischen Lösungsmittel enthalten, sollten benutzt werden.
- Es sollten nur Neuwagen gekauft werden, die bei allen Schadstoffen der US-Norm genügen
- Energie sparen
7. gesundheitliche Auswirkungen auf den Menschen
Ozon reagiert fast ausschließlich am Auftreffort, das heißt an den Oberflächen der Atemwege. Es ist kaum wasserlöslich. Daher kann es in den oberen Atemwegen kaum aufgehalten werden, sondern dringt tief in die Lunge ein. Das Gewebe dort ist nicht durch eine Schleimhaut geschützt und kann daher leicht geschädigt werden.
Während beim Wintersmog insbesondere Asthmakranke betroffen sind, gibt es bei Ozon keine eingrenzbare Risikogruppe. Etwa 10 bis 15% der Bevölkerung reagieren besonders empfindlich auf Ozon. Gesundheitliche Beeinträchtigungen sind umso eher zu erwarten
· je höher die Ozonkonzentration der inhalierten Luft ist
· je länger man dieser Luft ausgesetzt ist
· je höher das Atemminutenvolumen ist, d.h. ja schneller und tiefer man atmet
Wann Ozon gesundheitsschädlich ist lässt sich mit den vorliegenden wissenschaftlichen Erkenntnissen nicht genau beantworten. Eine Ursache, die genaue Aussagen erschwert ist die, dass bei der Entstehung von Sommersmog nicht nur die Ozonkonzentration, sondern auch die Konzentration anderer Luftschadstoffe ansteigt, die ebenfalls gesundheitliche Beschwerden hervorrufen können. Außerdem ist die Zusammensetzung des Sommersmogs nicht nur von der Art der Luftschadstoffe, sondern auch von der Stärke der Sonneneinstrahlung abhängig.
Die steigende UV- Strahlung führt beim Menschen zu Veränderungen der Haut, zu Veränderungen im Bereich der Augen und zu einer Beeinflussung des Immunsystems, wobei die alarmierende Zunahme an Hautkrebs am bedenklichsten ist. Bekannt ist, dass die Neuerkrankungen an dem extrem bösartigen schwarzen Hautkrebs (malignes Melanom) sich alle 10 bis 15 Jahre verdoppelt. Der Hautkrebs steht statistisch gesehen in Deutschland mittlerweile an 2. Stelle aller bösartigen Tumore.
Während das Ozon in der Stratosphäre lebenserhaltend wirkt, ist es in Bodennähe unerwünscht. Ab Werten über 180 ug pro Kubikmeter wird die Öffentlichkeit informiert, anstrengende Tätigkeiten im Freien zu vermeiden. Bei Werten über 360 ug pro Kubikmeter ist die Lungenfunktion bereits um 50 % vermindert, dann besteht akute Ozongefahr.
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