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Halogenalkane

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Eigenschaften und Verwendung

Das Ozonloch

Vergleich von Bindungen

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ozonloch2008

1985 veröffentlichten Forscher der britischen Antarktisstation Halley ihre Entdeckung: Das Ozonloch über der Antarktis. Es war damals eine wissenschaftliche Sensation.

1995 erhielten die Wissenschaftler Molina, Rowland und Crutzen den Nobelpreis für die vollständige Aufklärung der chemischen Vorgänge um die Zerstörung der Ozonschicht durch Chlor-Radikale.

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Externer Link: Webcamp der Halley Research Station, Antarktis

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Die Ozonschicht

Molekularer Sauerstoff (O2) wird in der Stratosphäre (10-50 km vom Erdboden entfernt) durch energiereiche ultraviolette Strahlung der Sonne (unterhalb 240 nm; UV-C-Bereich) in atomaren Sauerstoff zerlegt. Dabei wird diese für Menschen und Pflanzen schädliche UV-C-Strahlung verbraucht. Genauer gesagt: Die Sauerstoffmoleküle absorbieren diese Strahlung bei der Zerlegung.

Sauerstoff-Atome sind sehr reaktiv, da sie ungepaarte Elektronen besitzen (siehe auch: RadikaleLex, Sauerstoff-Atom nach dem Kugelwolkenmodell). Daher reagieren sie mit anderen Sauerstoff-Molekülen zu dem Gas Ozon (O3).

uv-bereich

Auch Ozon-Moleküle können durch ultraviolette Strahlung gespalten werden. Hierbei wird jedoch der energieärmere UV-B-Bereich absorbiert. So erreicht nur ein kleiner Anteil der UV-B-Strahlung die Erdoberfläche, der dann z.B. einen Sonnenbrand verursachen kann.

ozon-kreislauf

Dies ist nur eine sehr vereinfachte Darstellung des Prozesses, der deutlich machen soll, dass normalerweise die Konzentration an Ozon in der Stratosphäre gleich bleibt und die Ozonschicht uns vor der gefährlichen, energiereichen UV-C-Strahlung und größtenteils auch vor der UV-B-Strahlung schützt.

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Schäden

Die energiereiche UV-Strahlung kann folgende Wirkungen haben (DNA-Schäden):

Aufgrund der Ausdünnung der Ozonschicht sind vor allem Australien und Brasilien betroffen.

Da die "harten", energiereichen ultravioletten Strahlen der Sonne bei einer Ausdünnung der Ozonschicht ungehindert die Stratosphäre passieren können, sind folgende Schäden möglich:

  • Starker Sonnenbrand

    starker Sonnenbrand Bildquelle: Kindercampus.de; am 26.6.12 abgerufen


  • Hautkrebs

    MalignesMelanomRueckenSchwarzerHautkrebs Bildquelle: uv-check.de; am 26.6.12 abgerufen


  • Augenschäden

    grauer-star Bildquelle: augenzentrum-celle.de; am 26.6.12 abgerufen


  • Störung des Immunsystems


  • Zerstörung von Pflanzen
    Besonders dramatisch ist die mögliche Zerstörung der Meeresalgen, welche maßgeblich an der Sauerstoffproduktion auf unserem Planeten beteiligt sind. Aber auch Kulturpflanzen wie Reis und Weizen sind bedroht, denn die auf Höchsterträge gezüchteten Arten reagieren hoch empfindlich auf erhöhte UV/B-Strahlung. "Sonnenbrand" bei Pflanzen schädigt die Zellen und Erbsubstanz, die Pflanzen sterben ab. Die UV/B-Strahlung zerstört auch die Chloroplasmen, die grünen Blattbestandteile, in denen die Photosynthese stattfindet.

    algen thumb2 Bildquelle: biomasse-nutzung.de; am 26.6.12 abgerufen


  • Verstärkung des Treibhauseffektes
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Zerstörung der Ozonschicht durch FCKWs chemisch betrachtet

pp-thumb

In der Stratosphäre werden FCKW durch die energiereiche Strahlung der Sonne so gespalten, dass Chlorradikale (Chlor-Atome) entstehen, die mit den Ozon-Molekülen zu Sauerstoff-Molekülen und Chloroxid-Radikalen reagieren.

Chloroxid-Radikale reagieren mit weiteren Ozonmolekülen, wobei wieder molekularer Sauerstoff und Chlor-Atome entstehen. Die Chlor-Atome wirken bei diesem Ozon-Zerstörungs-Prozess als Katalysatoren: Sie setzen eine Reaktion in Gang und gehen unverändert aus der Reaktion wieder hervor. Auf diese Art kann ein Chlor-Atom im Schnitt 100 000 Ozonmoleküle zerstören, bis es per Zufall zu einer Abbruchreaktion kommt.

Zu einer Abbruchreaktion kommt es dann, wenn zwei Radikale miteinander reagieren und so genannte Reservoirspezies bilden:

ClO• + ClO• Cl2 + O2

In der Stratosphäre des Südpols finden auch Abbruchreaktionen mit Stickstoffoxiden bzw. deren Radikale statt:

ClO• + NO2 ClONO2

Die entstehenden Verbindungen sind bei den tiefen Temperaturen und der Abwesenheit von Licht in der Polarnacht relativ stabil, so dass die Konzentration an Reservoirspezies beträchtlich zunimmt. Einige dieser Stoffe verflüssigen sich und gefrieren sogar in der Stratosphäre: Es entstehen polare Stratosphärenwolken (Polar Stratospheric Clouds, PSC), die für die Entstehung des Ozonlochs von großer Bedeutung sind. An den Kristallen der PSC laufen Reaktionen ab, bei denen Stickstoffoxide aus der Luft in die Kristalle übergehen, so dass nur die weitaus aggressiveren Chlorverbindungen in der Luft bleiben:

ClONO2(g) + H2O(s) HOCl(g) + HNO3(s)
(g) = gasförmig, s (von solid) = fest

Wenn zum Ende der Polarnacht die Sonne aufgeht, werden diese Chlorverbindungen vom UV-Licht gespalten, so dass plötzlich sehr viele freie Chlorradikale zur Verfügung stehen, welche die Ozonmoleküle zerstören.

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Quelle: www.uni-protokolle.de, Ozonloch; am 26.6.12 abgerufen

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Entwicklung und Fakten

  • Seit 1979 wird die Ozonkonzentration in der Stratosphäre gemessen; vor allem, weil Wissenschaftler

  • seit 1974 vor negativen Auswirkungen der Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) auf die Ozonschicht warnten (siehe Halogenalkane - vorige Seite).

  • 1985 wurde auch tatsächlich eine Ausdünnung der Ozonschicht über dem Südpol (Antarktis) entdeckt.

  • 1989 wurde im völkerrechtlichen Montreal-Protokoll das weltweite Verbot von FCKWs verabschiedet. 195 Länder unterzeichneten. FCKW benötigen jedoch 20 bis 60 Jahre um in die Stratosphäre zu gelangen. Auch klimatische Faktoren beeinflussen den Ozonabbau. Die derzeitige Prognose der Wissenschaftler ist daher eher ernüchternd: Sie rechnen erst gegen 2065 mit einer Normalisierung über der Antarktis.


  • eptom75Genaue Messungen der Ozonschicht konnten erst ab 1996 durch den Sateliten Earth Probe Tom erfolgen. Die Messung vom 1. September 1996 zeigt, das Ozonloch war zu diesem Zeitpunkt durch Ozonwerte kleiner als 200 Dobson Einheiten gekennzeichnet. (violette Farben) Normal sind im Mittel 330 DU. Der weiße Kreis wird durch die Polarnacht hervorgerufen, wo Earth Probe kein Ozon messen kann.
    IM ozspl epc 19960901

Das "Ozonloch" über der Antarktis variiert von Jahr zu Jahr – in Abhängigkeit vom Wetter und ist ein jahreszeitliches Phänomen. Die Daten des "Ozonlochs" werden vor allem ermittelt, wenn bei uns Herbst ist; das entspricht in der Antarktis dem Frühlingsanfang, wenn nach der Polarnacht, die ungefähr ein halbes Jahr dauert, die Sonne aufgeht. Unter den tiefen antarktischen Temperaturen der Polarnacht (bis -85°C) sammeln sich in der Atmosphäre Chlorverbindungen, die durch die UV-Strahlung des Polarfrühlings gespalten werden: Es entsteht eine hohe Konzentration an Chlor-Radikalen.

Die Klimaverhältnisse am Nordpol sind übrigens aus topografischen Gründen anders. Dort werden solche tiefen Temperaturen nicht erreicht.

Um so beunruhigender ist es, dass im September 2011 ein Ozonloch von der fünffachen Größe Deutschlands am Nordpol entdeckt worden ist. [Quelle: WeltOnline, 3.10.11; am 12.8.12 abgerufen]

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