Ozonschicht


Ozonschicht
Absorption der UV-Strahlung durch die Ozonschicht
Ozonschichten

Die Ozonschicht ist ein Teil der Stratosphäre in 15–50 km Höhe, in der unter Einwirkung der energiereichen ultravioletten Strahlung der Sonne Sauerstoff in Form von O2 (auch als Dioxygen bezeichnet) in Ozon (O3) umgewandelt wird.

Inhaltsverzeichnis

Prozesse

Das Ozon bildet sich aus Sauerstoff. Die vergleichsweise hohe Konzentration von Ozon (bis ca. 8 ml/m³) absorbiert UV-Strahlung, insbesondere UV-B, wobei das Ozon teilweise von dieser Strahlung wieder in Sauerstoff zerlegt wird, so dass sich ein chemisches Gleichgewicht, der sogenannte Ozon-Sauerstoff-Zyklus ausbildet, bei dem die Menge von Ozon annähernd konstant bleibt.

Ozonbildung:

3 O2 → 2 O3 unter UVb<240nm und UVc

Ozonzerfall:

2 O3 → 3 O2 unter UVb>240nm und UVa

Beide Prozesse werden also durch die Energie der UV-Strahlung aktiviert, wobei unterschiedliche Wellenlängen absorbiert werden. Die einzelnen Reaktionsschritte verlaufen über die Bildung von freien Sauerstoffradikalen.

Verteilung

Die höchste Dichte von Ozon befindet sich in gut 20 km Höhe, der höchste Volumenanteil in ca. 40 km Höhe. Würde man alles Ozon, das sich in der Atmosphäre befindet, extrahieren und auf Normaldruck komprimieren, ergäbe das eine ca. 4 mm hohe Schicht auf der Erdoberfläche.[1] Zum Vergleich: Die Luftsäule mit den anderen Gasen (vor allem Stickstoff und Sauerstoff) wäre ungefähr 8 km hoch.

Beobachtbarkeit

Trotz der geringen Menge reicht die Anzahl der Ozonmoleküle in 20-30km aus, das Vorhandensein der Ozonschicht mit bloßem Auge erkennen zu können. Sie lässt sich in den Abend- und Morgenstunden an zwei verschiedenen atmosphärisch optischen Erscheinungen beobachten[2]:

  • Während der Dämmerung und bei klarem Himmel ist die Ozonschicht für das Himmelsblau während dieser Zeit verantwortlich. Dieses Phänomen wurde erst 1952 von dem US-amerikanischen Geophysiker Edward Hulburt (1890–1982) entdeckt, und wird die Blaue Stunde des Ozons genannt.
  • Kurz vor Sonnenauf- beziehungsweise nach Sonnenuntergang ist der Erdschattenbogen in blaugrauer Färbung sichtbar. Wie der französische Meteorologe Jean Dubois herausfand, wird der Blauanteil des Schattens durch die Ozonschicht verursacht.

Erdgeschichte

Vor etwa 3,5 Milliarden Jahren enthielt die Erdatmosphäre noch keinen freien Sauerstoff (O2). Mit dem Auftreten der ersten oxygen-phototrophen (bei der Photosynthese O2 freisetzenden) Mikroorganismen, wahrscheinlich Cyanobakterien, begann die Freisetzung von Sauerstoff (O2) aus Wasser. Der freigesetzte Sauerstoff (O2) gelangte aber vorerst nicht in die Atmosphäre, sondern wurde bei der Oxidation der im Wasser gelösten unedlen Metall-Ionen, vor allem Fe2+, und des ebenfalls im Wasser gelösten Sulfids verbraucht. Erst als nach sehr langer Zeit diese Oxidationen abgeschlossen waren, konnte sich freier Sauerstoff in der Erdatmosphäre ansammeln. Durch Konvektion und Diffusion gelangte er bis in die Stratosphäre, wo dann durch den Ozon-Sauerstoff-Zyklus die Ozonschicht entstand.

Wissenschaftsgeschichte

Als Entdecker der Ozonschicht gelten die französischen Physiker Charles Fabry und Henri Buisson. Sie konnten 1913 durch UV-spektroskopische Messungen erstmals Ozon in höheren Atmosphärenschichten nachweisen.

Ozonloch

Hauptartikel: Ozonloch

Bestimmte Gase, insbesondere die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), können durch katalytische Effekte während der Nacht einen beschleunigten Abbau des Ozons bewirken, so dass die Konzentration in Richtung Sauerstoff O2 verschoben wird. Dieses führt während der langandauernden Polarnächte zum Ozonloch.

Strahlt gegen Ende der Polarnächte die Sonne durch das noch nicht wieder geschlossene Ozonloch auf die Erde, nimmt auf der Erde die UV-B-Exposition zu, so dass mit einem deutlichen Anstieg von Hautkrebsfällen und schweren Augenerkrankungen zu rechnen ist. Auch das Immunsystem wird gestört. Bei Pflanzen wird die Photosynthese im Blattgrün beeinträchtigt - mit der Folge starker Ernterückgänge. In den Meeren geht die Entstehung der Kleinstlebewesen (Phytoplankton) zurück - mit spürbaren Folgen für die gesamte Nahrungskette.

Die stratosphärische Ozonschicht steht nicht in Verbindung mit dem bodennah vermehrt auftretenden Ozon bei Sommersmog.

Siehe auch

Weblinks

 Commons: Ozone layer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. http://www.chemie-im-alltag.de/articles/0023/index3.html
  2. Götz Hoeppe: Himmelslicht, Spiegelbild des Erdklimas, Freie Universität Berlin

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