Schutzschild der Atmosphäre

Jeder hat schon von ihr gehört und das meist in Verbindung mit dem Ozonloch oder ultravioletter Strahlung. Die Rede ist von der Ozonschicht. Doch woher kommt Sie und weshalb schützt sie uns vor der ultravioletten Strahlung der Sonne?

Die Ozonschicht ist eine Luftschicht in der Atmosphäre, in welcher das Gas Ozon in erhöhter Konzentration vorkommt. Erhöhte Konzentration heißt dabei jedoch nur maximal 8ppm (parts per million). Das heißt, wenn man eine Millionen Teilchen in der Atmosphäre genauer betrachtet, würde man 8 Teilchen Ozon unter ihnen finden. Man kann sich die Ozonschicht also nicht als eine kompakte Schicht vorstellen. Doch aufgrund ihrer Dicke von bis zu 15km, schafft sie es, die hochenergetische ultraviolette Strahlung aus der Sonneneinstrahlung herauszufiltern. Dass das Ozon dies kann liegt an den quantenphysikalischen Eigenschaften von Ozon und Sauerstoff und dem Ozon-Sauerstoff-Zyklus.

Dieser Kreislauf läuft dabei folgendermaßen ab: Zuerst hat man in der Atmosphäre nur Sauerstoffmoleküle (O₂) vorhanden. Durch die Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung kann die Bindung zwischen den Atomen aufgelöst werden und es entstehen 2 einzelne Sauerstoffatome (2O). Dieser freie Sauerstoff reagiert sehr schnell mit anderen Sauerstoffmolekülen und bildet das Ozon (O + O₂ = O3). Dabei wird die ultraviolette Strahlung durch einen chemischen Prozess in harmlose Wärme umgewandelt. Gleichzeitig kommt es jedoch auch direkt zu einem Zerfallsprozess des Ozons, wenn ein Ozonmolekül auf ein freies Sauerstoffatom trifft. Denn dann rekombinieren sich die beiden Teile zu zwei normalen Sauerstoffmolekülen (O + O₃ = 2O₂) und der Kreislauf kann von vorne durchlaufen werden.

Dieser Prozess wird durch sogenannte freie Radikale wie zum Beispiel Chlor und Brom gestört. Diese kommen zwar auch natürlich in der Atmosphäre vor, menschlicher Einfluss hat ihre Konzentration allerdings deutlich erhöht. Vor allem die Zerfallsprodukte von Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen (FCKWs) greifen die Ozonschicht an und sorgen dafür, dass die Ozonkonzentration an manchen Stellen sinkt. Diese niedrigere Ozonkonzentration bezeichnet man in der Folge als das sogenannte „Ozonloch". Aus diesem Grund wurde die Verwendung von FCKWs weitestgehend verboten, sodass sich die Ozonschicht langsam wieder erholt. Allerdings leider nur sehr langsam, da die Zerfallsprodukte der FCKWs bis zu 100 Jahre lang in der Atmosphäre verbleiben.