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4.1 Ozonloch
4.1.1 Entdeckung
Über das genaue Jahr der Entdeckung des Ozonlochs gibt es viele verschiedene Angaben, welche von 1966 bis 1985 reichen. (Welche Jahreszahl nun die richtige ist, darüber lässt sich streiten.) Fakt ist jedoch, dass das Ozonloch über der Südhalbkugel von britischen Wissenschaftlern entdeckt wurde und dass zu diesem Zeitpunkt bereits 40% des vorhandenen Ozons abgebaut waren. Die Tiefstwerte nehmen seitdem drastisch ab, wobei diese lediglich in den Winter- bzw. Frühjahrsmonaten erreicht werden. Kurz nachdem die Briten den Ozonschwund feststellten, entdeckte ein japanischer Forscher die gleichen eben beschriebenen Erscheinungen. Daraufhin wurde die amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa dazu gedrängt, dies nachzuprüfen. Die Nasa musste die Messungen der Briten bestätigen, woraufhin die Menschheit aufschreckte. Seitdem finden immer häufiger Expeditionen zur Arktis statt, und die Forscher kommen alle mit den gleichen Ergebnissen zurück: Das Ozonloch ist zwischen September und Oktober, also im arktischen Frühling, am größten. Im Jahr 1988 stellten deutsche Forscher dann auch über dem Nordpol einen Ozonschwund fest. Heute sind die Ursachen und Folgen weitestgehend bekannt. An den Gegenmaßnahmen wird noch gearbeitet, wobei aber auch schon wichtige Erkenntnisse zur Bekämpfung bekannt und schon in die Tat umgesetzt sind. Auf diese Themen wird später noch genauer eingegangen.
4.1.2 Ursachen und Entstehung
4.1.2.1 Ozonzerstörende Substanzen
Chlor- und Bromradikale, welche aus Halogenverbindungen freigesetzt werden, spielen beim Ozonabbau eine große Rolle. Ursprünglich waren sie ein Teil des Gleichgewichts, aber durch den menschlichen Einfluss wurde der Abbau von Ozon stark begünstigt. Die CFKWs, die oft fälschlicherweise als FCKWs bezeichnet werden, und Halone, die hauptsächlich durch die Industrie in die Luft gelangen, sind die bekanntesten Stoffe, die zum Ozonabbau beitragen. Unzersetzt gelangen diese Verbindungen bis in die Stratosphäre und verbleiben dort auch über einen sehr langen Zeitraum (teilweise mehr als 50 Jahre).
Ebenso wird der Ozonabbau durch Vulkanausbrüche gefördert, denn am Vulkanstaub befinden sich Brom- und Chlorradikale und diese werden auf direktem Wege bis in die Stratosphäre befördert und zerstören dort die Ozonschicht.
4.1.2 2 Klimatische Bedingungen über der Antarktis
Beim Ozonabbau in der Antarktis spielen verschiedene Faktoren eine wichtige Rolle, die nur dort gemeinsam auftreten.
Für die Bildung stratosphärischer Wolken (PSC) ist die extreme Kälte der Polarnacht notwendig. Dies wäre der erste wichtige Faktor, der die Hauptrolle spielt. An der Oberfläche der Partikel, aus denen diese eben erwähnten Wolken bestehen, laufen eine Vielzahl heterogener chemischer Reaktionen ab. Eine Folge dieser Reaktionen ist, dass Chlormoleküle freigesetzt werden und eine weitere ist, dass Stickoxide in Salpetersäure überführt werden. Da Salpetersäure in den Partikel gebunden bleibt, kann sie nicht reagieren und daher der Atmosphäre auch kein reaktives Chlor entziehen (vgl. Abbildung 2, Anhang S. 13)
Die Polarwirbel spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle für den Abbau des Ozons. Die Polarwirbel bilden sich ausschließlich in der Polarnacht. Diese Wirbel entstehen nur über der Antarktis, aufgrund der besonderen Kontinentalverteilung. Es bestehen relativ konstante Luftdruckverhältnisse über der annähernd kreisförmigen Landfläche, so dass kein Austausch mit benachbarten Luftmassen möglich ist. Während des gesamten polaren Winters zirkulieren diese Wolken in dem Polarwirbel, in welchem sich durch die eben beschriebenen Prozesse sehr viel Chlor ansammeln kann. Dieses Chlor wird in das ozonzerstörende Chloroxid umgewandelt, sobald die Sonne im Frühjahr wieder scheint. Daraus folgt ein extremer Ozonabbau, der erst mit dem Erliegen des Polarwirbels durch zunehmende Sonneneinstrahlung verringert wird, da dann wärmere und ozonreichere Luftmassen einströmen können. Nun wird auch die Bildung des Ozons wieder angekurbelt. Dieser Vorgang erfolgt jedoch nicht in so großem Maße, sodass das Ozonloch nicht geschlossen werden kann.
4.1.2.3 Klimatische Bedingungen über der Arktis
Über der Arktis ist der Ozonabbau generell geringer, da die klimatischen Bedingungen den Ozonabbau weniger begünstigen.
Die Temperaturen liegen etwa 10°C höher als in der Antarktis. Dadurch ist die Bildung der stratosphärischen Wolken mit kleineren Partikel geringer. Außerdem lösen sich diese Wolken im Spätwinter und Frühling schneller wieder auf. Die in den Partikel gebundene Salpetersäure wird schließlich freigesetzt. Diese Säure hat über mehrere Prozesse hin das Reservoirgas ClONO2 gebildet und entzieht somit der Atmosphäre reaktives Chlor.
Aufgrund der quer liegenden hohen Gebirge kann sich kein ortsfester beständiger Polarwirbel bilden. Weiterhin wird der Ozonabbau durch das frühzeitige Erwärmen der Stratosphäre über dem Nordpol gehemmt, da sich der Wirbel oft bereits im Januar oder Februar auflöst.
All dies führt zu einem geringeren Abbau des Ozons im Vergleich zur Antarktis.
4.1.3 Auswirkungen
Die Auswirkungen des Ozonabbaus auf Menschen, Tiere und Pflanzen sind fatal, angefangen bei Sonnenbränden auf der Haut, die zu Hautkrebs und anderen Hautkrankheiten führen können, wenn sie häufiger und in extremer Form auftreten bis zur Übelkeit. Ebenso wird die Netzhaut der Augen durch starke UV-Dosen geschädigt, was bis zur Erblindung führen kann. Außerdem kann man Atemwegserkrankungen, , sowie Kopfschmerzen auf das Ozonloch zurückführen.
Nach dem heutigen Stand der Kenntnisse sind zwei weitere Auswirkungen auf die Erde von besonderer Bedeutung.
Wenn die Stratosphäre keine UV-Strahlung mehr absorbiert, wird die Energie der Strahlung an die Troposphäre als Wärmeenergie abgegeben, da sie darunter liegt (Vgl. Abbildung 1, Anhang S.13). Somit würde sich die Troposphäre erwärmen und die Stratosphäre würde abkühlen. Diese Vorgänge könnten den Treibhauseffekt beschleunigen, der bei einer Zunahme an Kohlenstoffdioxid in der Lufthülle droht. Dies würde zu Klimaveränderungen mit katastrophalen Folgen führen.
Ein weiterer Aspekt, den man nicht unbeachtet lassen darf, ist die Wirkung der intensiven UV-Strahlung auf alle biologischen Prozesse. Experimente haben belegt, dass die Fotosynthese bei Landpflanzen erheblich gestört wird und niedere Organismen absterben, wie zum Beispiel Plankton. Wenn man die Strahlung um 50% erhöht, was in der Natur bei einem Ozonabbau von 25% passiert, müsste man mit einem 35%igen Produktionsausfall der Meeresalgen rechen, die im Normalfall doppelt soviel Sauerstoff produzieren, wie alle Landpflanzen und Wälder zusammen.
Die Konsequenz dieser Bedrohung kann nur sein, den Einsatz von CFKW-Gasen nahezu restlos zu vermeiden.
4.1.4 Gegenmaßnahmen und Lösungsansätze
Die Vorschläge zur Vorbeugung und Reduzierung des Ozonlochs sind sehr vielfältig, so dass ich mich hierbei auf die wichtigsten beschränken muss. Die Gegenmaßnahmen, die bereits in die Tat umgesetzt wurden, sind wesentlich leichter zu überblicken, da sie sich größtenteils auf die Hauptursache - die CFKWs - beziehen.
Die ersten Maßnahmen zum Schutz der Ozonschicht wurden 1985 von den Vereinten Nationen in Wien vereinbart. Im September 1987 unterzeichnete die Bundesrepublik Deutschland ein abkommen in Montreal, was die Verringerung der Emission von ozonschädigenden Stoffen festschrieb. Diese Vereinbarung, deren Ziel es war den CFKW-Verbrauch um 50% zu verringern, trat Anfang des Jahres 1989 in Kraft. Im Ozongesetz wurden die Produktionsziele zur Verringerung der Ozonvorläufersubstanzen festgeschrieben. Bis Ende 1996 sollten 1996 40% reduziert werden und in den weiteren fünf Jahren sollten dann sogar 60% gesenkt werden. Bis zum Ende des 31.Dezembers 2006 sollen noch mindestens 70& gesenkt werden, das ist aber eher unrealistisch, da die Ziele der Vorjahre noch nicht mal annähernd erreicht werden, denn es wurden immer mehr Stickoxide im laufe der Jahre. Durch weitere nationale Maßnahmen sollten CFKW und Halone um 95% reduziert werden. Unter anderem verpflichtete sich die Aerosolindustrie den Einsatz von CFKW in Spraydosen um 90% zu senken. Lediglich in unverzichtbaren medizinischen und technischen Vorgängen darf CFKW eingesetzt werden, wobei dies etwa 4000 t pro Jahr sind, was noch immer eine enorme Menge ist. Anfang 1992 trat das Verbot in Kraft, CFKW bei der Herstellung von Weichschaumstoffen zu nutzen und seit 1995 sind sie als Kältemittel verboten. Im Jahr 2000 trat ein EU-weites Verbot in Kraft, welches besagte, dass vollhalogenierte CFKW und Halone nicht mehr verwendet werden dürfen. Seit vergangenem Jahr, also 2004, wurde auch die Produktion von Methylbromid strengstens untersagt. Von diesen Festlegungen gibt es noch viele weitere, jedoch sind dabei viele nur EU-weit gültig, was wiederum bedeutet, wenn andere Länder weiterhin diese Stoffe einsetzen ohne auf die Umwelt Rücksicht zu nehmen, wird sich an der derzeitigen Situation nicht sehr viel ändern.
Derzeitige Modellberechnungen zeigen, dass das Ozonloch 2003 bis 2005 die größten Ausmaße annimmt, aber dank der Festlegungen von 1987 wird sich das Ozonloch nach und nach weiter schließen, wenn die Maßnahmen von allen Ländern eingehalten werden.
Als eine sehr wichtige Maßnahme sehe ich die Aufklärung über dieses Problem an, denn viele Menschen können kaum etwas mit Ozon anzufangen. Wenn sie aber Bescheid wissen, könnten sie sich teilweise auch selbst schützen, zum Beispiel durch Sonnencremes, langärmelige Bekleidung in besonders gefährdeten Gebieten, das Meiden der Mittagssonne oder durch die Einschränkung des Pkw-Gebrauches. Auch die fortlaufende Weiterforschung auf diesem Gebiet halte ich für sehr wichtig, da es immer noch viele ungeklärte Fragen und Zusammenhänge gibt. Zum Beispiel müssen Alternativen für die CFKWs gesucht werden, damit der Einsatz, der derzeit weitestgehend eingestellt ist, bald hundertprozentig abgeschlossen werden kann. Von großem Vorteil wäre auch die Verbesserung der Kraftstoffqualität, sowie die Verminderung von Emissionen in Verkehr und Industrie. Ein allgemeines Tempolimit könnte den Ozonaufbau in Bodennähe und den Ozonabbau in der Stratosphäre ebenfalls einschränken. Ein absolutes Fahrverbot für Pkws, Lkws und sonstiges während einer extremen Schön-Wetter-Periode ist zwar wünschenswert, jedoch relativ unrealistisch. Ein Fahrverbot ist auch nur dann effektiv, wenn es über ein großes Gebiet abgesichert werden kann.
4.2 Sommersmog
4.2.1 Begriffsbestimmung
Das Wort "smog" kommt aus dem Englischen und setzt sich aus zwei Wörtern zusammen: "smoke" (Rauch) und "fog" (Nebel). Sommersmog ist auch als Los-Angeles-Smog oder als photochemischer Smog bekannt.
4.2.2 Entstehung und Ursachen
Bodennahes Ozon entsteht im Sommer bei viel Sonne und Wärme und durch chemische Umwandlung von Stickoxiden (NOx) und flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOC). Dies sind die Vorläufersubstanzen, die hauptsächlich aus Auto- und Flugzeugabgasen, sowie aus Fabriken stammen. Es entsteht ein Überschuss an Stickstoffdioxid (NO2) über komplizierte chemische Reaktionsabläufe. Durch die UV-Strahlung wird von dem Stickstoffdioxid ein Sauerstoffatom abgespalten (NO2+Licht àNO+O). Dieses einzelne Atom verbindet sich dann mit einem Sauerstoffmolekül zu einem Ozonmolekül (O+O2àO3) (Vgl. Abbildung 3, Anhang S. 14). Bei schönem Wetter nimmt die Ozonbelastung während des Vormittags drastisch zu. Dies ist nur teilweise durch die Neubildung von Ozon bedingt. Der größere Teil wird "von oben" in Bodennähe transportiert. Einige Bestandteile der Autoabgase wie Stickstoffmonoxid (NO) können Ozon aber auch wieder zerstören (O3+NOàO2+NO2). Das ist gleichzeitig auch die Erklärung dafür, warum Ozon in belasteten Regionen schneller abgebaut wird als in Reinluftgebieten. Jedoch ist dieser Abbau nur kurzzeitig reduziert, da das entstandene Stickstoffdioxid, wie schon eben erklärt, eine Vorstufe zum Ozon darstellt. In der Regel nimmt die Konzentration des Ozons über Nacht deutlich ab.
4.2.3 Auswirkungen
Die Auswirkungen sind vielfältig und treten nicht in jedem Fall sofort auf. Beim Menschen reichen die Wirkungen des photochemischen Smogs von der Reizung der Augen bis zu den Schleimhäuten der oberen Atemwege, was aber eher auf die Photooxidantien, die Nebenprodukte der atmosphärischen Ozonbildung, zurück zuführen ist als auf das Ozon selbst. Da Ozon eine schlechte Wasserlöslichkeit hat, kann es sehr weit in die Lunge dringen, was die Schädigung der Zellmembran und den damit zusammenhängenden entzündlichen Prozessen zur Folge hat. Diese Symptome treten ab einer Konzentration von etwa 200 µg/m³ auf. Außerdem wird die physische Ausdauer-Leistungsfähigkeit stark beeinträchtigt, sowie die Hervorrufung von Tränen- und Atemwegsreizungen sowie Kopfschmerzen und Husten. Nach der Empfehlung von Medizinern sollten Patienten mit Asthma oder chronischer Bronchitis ab Ozonkonzentrationen von etwa 160 µg/m³ (sprich: Mikrogramm/Kubikmeter, das ist eine Konzentrationsangabe für Gase in der Luft) körperliche Anstrengungen vermeiden, insbesondere sollte kein Ausdauersport betrieben werden. Ab einer Konzentrierung von circa 240 µg/m³ wird die körperliche Leistungsfähigkeit durch zunehmende Lungenfunktionsstörung noch weiter eingeschränkt. Ab dieser Konzentration treten auch häufiger Asthmaanfälle auf. Was mich besonders erschreckt hat, ist die Erkenntnis, dass Ozon allergiefördernd wirkt. Dazu meint der Labormediziner der Marburger Universitätsklinik Harald Renz: "In einer Langzeitstudie an Tieren sei festgestellt worden, dass Ozon die Entwicklung von Allergien und Asthma auch ohne gesundheitliche Vorbelastung fördern könne." Beängstigend empfinde ich auch die gentoxische (erbgutschädigende) und kanzerogene (krebserregende) Wirkung. Die Auswirkungen des Ozonaufbaus in der Troposphäre sind im Allgemeinen den Wirkungen des Abbaus in der Stratosphäre ähnlich, so dass ich diese an der Stelle nicht noch einmal wiederholen möchte.
4.2.4 Gegenmaßnahmen und Lösungsansätze
Hierbei muss man in kurzfristige und langfristige Maßnahmen unterteilen, wobei das erste folgende Beispiel zu den kurzfristigen Bestimmungen gehört. Aufgrund einzelner Smog-Katastrophen in der Vergangenheit wurden mit Hilfe des Bundesimmissionsschutzgesetzes Smog-Alarm-Pläne erarbeitet. Diese besagen, dass die Landesregierung während austauscharmer Wetterlagen ermächtigt ist, durch die Reichsversicherungsordnung Gebiete festzulegen, in denen der Kfz-Verkehr eingeschränkt oder sogar verboten werden muss. Jedoch variieren die Grenzwerte für eine Smog-Warnung je nach Region. Diese Maßnahmen sind auch nur wirksam wenn sie großflächig angelegt werden, denn meist tragen Emissionen weit von ihrem Entstehungsort der Ozonbildung bei, da die Vorläufersubstanzen je nach Wetterlage mehrere Kilometer pro Tag transportiert werden können.
Aber um die Umwelt langfristig zu schützen, müssen die Vorläufersubstanzen auf Dauer reduziert werden- etwa um 50% jeweils. Dazu gibt es viele verschiedene Festlegungen. Zum Beispiel gibt es seit Oktober 2003 den gemeinsamen Standpunkt des europäischen Rates und des europäischen Parlamentes zur Limitierung der Emissionen der mobilen Maschinen und Geräte. Diese Richtlinie wurde weiter entwickelt so dass erstmals die Bereiche Diesellokomotiven, Binnenschiffe und mobile Dieselmotoren aufgenommen wurden. Als besonders wichtig gilt auch die Genfer Luftreinhaltekonvention von 1979, die 1999 in Göteborg durch das Protokoll zur Verringerung von Versauerung, Eutrophierung und bodennahem Ozon aktualisiert wurde. Bereits 1988 wurde das Stickstoffprotokoll in Sofia von mehreren europäischen Ländern unterzeichnet. Mit dieser Festlegung verpflichteten sie sich, zu einer Rückführung der Stickstoffemissionen auf den Stand von 1987 (3,2 Millionen Tonnen Stickstoff). Dies sollte bis 1994 umgesetzt werden. Doch 1996 wurden nur noch rund 1,86 Millionen Tonnen Stickstoff freigesetzt. Dies entspricht einer Reduzierung von 45%.
5. Schlussbetrachtung
Ich hoffe, dass die Problematik des Ozons anschaulich und verständlich dargestellt wurde. Bei dem nächsten Zeitungsartikel kennt man Ursachen und Hintergründe und kann sich Zusammenhänge selbst erschießen. Und womöglich ergibt sich sogar die Gelegenheit, einen Interessierten über diese Thematik zu informieren und glänzt dann mit dem hier erworbenen Wissen.
Während der Arbeit fragte ich mich, ob es denn möglich sei, das überschüssige Ozon aus der Bodennähe mit dem mangelnden Ozon in der Stratosphäre auszugleichen, was die Lösung für alle Ozonprobleme darstellen würde. Jedoch aufgrund der verschiedensten chemischen Prozesse ist dies nicht möglich. So bleibt uns bloß, das durch menschliches Versagen verursachte Problem durch menschliches Handeln wieder zu beseitigen. Das ist in der einen oder anderen Besserung bereits ersichtlich geworden ist. Jedoch müssen diese Fortschritte europaweit und gegebenenfalls noch weiter mit extremster Kontinuität und Genauigkeit fortgeführt werden was bisher nicht der fall ist. Nur so können wir dem Ozon dauerhaft uneingeschränkt überlegen sein und die Menschheit mit allen Tieren und Pflanzen retten und schützen. "Denn: Die Natur braucht uns Menschen nicht, aber die Menschen brauchen die Natur." (4)
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