Ozonschicht

Es geschieht weit über unseren Köpfen, etwa 15 bis 35 Kilometer hoch in der Stratosphäre: Hier spaltet die Energie des Sonnenlichts den Sauerstoff in seine beiden Sauerstoffatome. Die einzelnen Sauerstoffatome reagieren miteinander und können sich auch im Dreierpack zusammen finden. Geschieht das, entstehen Ozonmoleküle.

Mit Hilfe von Sonnenenergie bildet sich die Ozonschicht
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Weil sich das Ozon in der Stratosphäre konzentriert, bildet sich hier eine Schicht: die Ozonschicht. Diese blockiert einen großen Teil der Sonnenstrahlen und verhindert, dass zu viel ultraviolette Strahlung die Erde erreicht. Das ist lebenswichtig, denn die energiereichen ultravioletten Sonnenstrahlen können die Zellen von Tieren und Pflanzen zerstören und die Haut des Menschen schädigen. Ist die Ozonschicht der Stratosphäre intakt, wirkt sie wie ein riesiger Schutzschirm vor aggressiver UV-Strahlung.

Die Ozonschicht wirkt wie ein Schutzschirm gegen UV-Strahlung
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Besonders an heißen Sommertagen und bei starkem Verkehr mit vielen Abgasen kann Ozon auch nahe an der Erdoberfläche gebildet werden. Hier unten ist das Gas jedoch nicht nützlich, sondern schädlich: Es kann Kopfschmerzen, Müdigkeit und Augenbrennen verursachen und die Atemwege angreifen. Übersteigt der Ozongehalt am Boden einen bestimmten Wert, werden darum seit einigen Jahren über Radio, Fernsehen und Internet Ozon-Warnungen ausgegeben. Dann sollten körperliche Anstrengungen im Freien vermieden werden.

Die Ozonbelastung steigt bei großer Hitze und starkem Autoverkehr
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Die Ozonschicht erholt sich

Eine der schlimmsten Umweltkatastrophen konnte gerade noch verhindert werden: Aktuelle Messungen bestätigen, dass die Ozonschicht wieder dicker wird. Die Zunahme an krebserregender UV-Strahlung ist damit gestoppt. Für eine Entwarnung ist es aber noch zu früh.

Die neuen Messdaten klingen ermutigend: Die Belastung durch UV-Strahlung geht zurück. Von den schädlichen UVB-Strahlen erreichen bis zu 4% weniger die Erde. Zwölf Mess-Stationen in Europa, Kanada und Japan wurden dazu ausgewertet. Die erfreuliche Nachricht ist das Ergebnis erfolgreicher Umweltpolitik. Im Montrealer Protokoll aus dem Jahr 1987 waren Maßnahmen zum Schutz der Ozonschicht beschlossen worden. Dazu gehörte das schrittweise Verbot der zerstörerischen Fluorchlorkohlenwasserstoffe, kurz FCKW. Seitdem sinkt allmählich die Konzentration von FCKW in der Luft. Die Ozonschicht kann sich ganz langsam erholen.

Die Haut sollte aber weiterhin gut geschützt werden. Sonnencremes von mittlerem bis hohem Lichtschutzfaktor sind noch immer von Vorteil. Besonders im Frühjahr sei die Strahlungsbelastung noch stark, warnen Wissenschaftler. Denn FCKW baut sich nur sehr langsam ab. Richtig angriffslustig wird es bei großer Kälte. Über den Polen ist die Ozonschicht deshalb weiterhin sehr dünn. Verschieben sich die polaren Luftmassen im späten Winter und im Frühling bis nach Europa, dann sind die Auswirkungen des Ozonlochs auch hierzulande spürbar. Besonders an diesen Tagen droht verstärkt Sonnenbrand.

Zeit zum Aufatmen ist also noch lange nicht: Trotz sinkender FCKW-Werte wurde im Jahr 2011 erstmalig auch über der Arktis ein Loch in der Ozonschicht entdeckt. Als Grund dafür geben Experten den Klimawandel an: Am Boden nehme die Temperatur zwar zu, die Stratosphäre kühle allerdings ab. Durch die sinkenden Temperaturen würde sich das Ozon in den oberen Luftschichten schneller abbauen.

Bevor FCKW verboten wurden, waren Spraydosen echte Ozonkiller.
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Ozonloch über der Antarktis, 2006
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Die Entdeckung des Ozonlochs

Im Mai 1985 rüttelte ein Artikel in der Zeitschrift „Nature“ die Öffentlichkeit wach: „Starke Verluste des Gesamt-Ozons in der Antarktis“ lautete die Headline. Britische Forscher hatten über dem Südpol ein riesiges Loch in der Ozonschicht entdeckt, so groß wie die gesamte Antarktis. Zu den drei Autoren des Artikels gehörte auch der Geophysiker Joseph Farman, der heute als Entdecker des Ozonlochs gilt. Er hatte über einen längeren Zeitraum die Messungen über der Antarktisstation ausgewertet.

Schon eine ganze Weile hatte es Hinweise auf das Schwinden der Ozonschicht gegeben, doch diese wurden schlicht als Messfehler abgetan. Mit dem Erscheinen des Artikels wurde jedoch ein Alarmsignal ausgelöst, das keiner mehr ignorieren konnte. Die internationale Staatengemeinschaft reagierte: 1987 wurde im sogenannten Montreal-Protokoll beschlossen, den Ozonkiller Fluorchlorkohlenwasserstoff aus dem Verkehr zu ziehen.

Die Schichten der Atmosphäre

Ähnlich den Geschossen eines mehrstöckigen Hauses ist die Atmosphäre in mehrere Schichten unterteilt. Diese Schichten haben verschiedene Eigenschaften – fangen wir doch mal im „Erdgeschoss“ an:

Die „Wetterküche“ in der Troposphäre
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Ob dunkle Gewitterwolken oder blauer Himmel, sanfter Lufthauch oder starker Wind: Beinahe das gesamte Wettergeschehen findet bis in einer Höhe von 15 Kilometern statt. Diese untere Schicht der Atmosphäre wird deshalb auch Wetterschicht genannt. Wissenschaftler sagen Troposphäre dazu. Etwa 90 Prozent der gesamten Luft und fast der ganze Wasserdampf der Erdatmosphäre sind in dieser Schicht enthalten. Je höher die Lage in der Troposphäre, desto kälter wird es: An ihrer Obergrenze herrschen eisige Temperaturen von bis zu minus 80 Grad Celsius.

Flugzeuge fliegen in Höhe der Troposphäre
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In der Schicht darüber, der Stratosphäre, steigt die Temperatur plötzlich wieder an. In etwa 50 Kilometer Höhe erreicht das Thermometer sogar einen Wert um 0 Grad Celsius. Grund für diese Erwärmung ist die Ozonschicht, die innerhalb der Stratosphäre liegt. Diese wirkt wie eine Heizung: Sie nimmt die UV-Strahlung der Sonne auf und wandelt sie in Wärme um.

Hoch über den Wolken liegt die Stratosphäre
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Über der Stratosphäre liegt in einer Höhe von 50 bis 80 Kilometern die Mesosphäre. Weil diese Schicht kein Ozon enthält, wird es wieder bitterkalt, bis zu minus 100 Grad Celsius. Damit ist die Mesosphäre die kälteste Schicht der Atmosphäre. Hier werden Staubteilchen und kleinere Gesteinsbrocken aus dem All aufgehalten, die sonst als Meteoriten auf die Erde stürzen würden. Diese Himmelskörper können wir manchmal nachts als Sternschnuppen am Himmel sehen.

Sternschnuppen sind typisch für die Mesosphäre
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Oberhalb der Mesosphäre wird die Luft immer dünner. Die Erdanziehung schwächt sich mit zunehmender Höhe ab und kann daher die Gasteilchen immer weniger festhalten. So bildet die Thermosphäre über Hunderte von Kilometern einen fließenden Übergang ins Weltall. Ihren Namen hat die Thermosphäre von den hohen Temperaturen, die hier herrschen: Sie steigen bis zu 1700 Grad an. Heiß ist es nach unserer Vorstellung allerdings nicht, denn für das Gefühl von Hitze schwirren zu wenige Gase umher.

Raumfahrzeuge gelangen über die Thermosphäre bis in den Weltraum
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Ozonloch

Hoch oben in der Stratosphäre schützt uns die Ozonschicht vor schädlichen UV-Strahlen. Gäbe es sie nicht, würde uns die Sonnenstrahlung am Erdboden förmlich rösten. Das Leben in seiner heutigen Form wäre ohne diesen Schutzschirm überhaupt nicht möglich.

Ohne schützende Ozonschicht würde uns die Sonne grillen
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Doch die Ozonschicht hat gefährlich große Löcher bekommen. Grund dafür sind chemische Stoffe, die der Mensch in die Atmosphäre gepustet hat. Der größte Feind des Ozons ist Fluorchlorkohlenwasserstoff, kurz FCKW genannt. Lange Zeit wurde dieses Gas als Kühlmittel in Kühlschränken und als Treibgas in Spraydosen verwendet. An sich geruchlos und ungiftig wird FCKW dem Menschen erst dann gefährlich, wenn es aufsteigt: In der Stratosphäre reagiert es mit Ozon, greift so die Ozonschicht an und zerstört sie.

FCKW wurde lange Zeit als Kühlmittel verwendet
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Wird aber die UV-Strahlung nicht mehr durch die Ozonschicht abgeschirmt, dann schädigt sie das Leben auf diesem Planeten. Wir bekommen viel schneller einen Sonnenbrand und müssen immer stärkere Sonnencremes benutzen. Im schlimmsten Fall ist Hautkrebs die Folge der ungefilterten Strahlung. Auch die Augen werden stark angegriffen, ganz ohne die Ozonschicht würden wir erblinden. Besonders betroffen sind die Menschen in Australien und Neuseeland, denn in ihrer Nähe – über der Antarktis – ist das Ozonloch am größten. Auch über dem Nordpol ist die Ozonschicht dünn, weil bei extremer Kälte das Ozon schneller abgebaut wird.

Wird die Ozonschicht dünner, brauchen wir stärkere Sonnencreme
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Wenn das UV-Licht ungehindert bis zur Erde vordringt, entsteht noch ein weiteres Problem: An der Meeresoberfläche sterben einzellige Pflanzen ab – das Phytoplankton. Dieses Plankton ist für uns jedoch sehr wichtig, weil es Sauerstoff liefert und dabei Kohlendioxid verbraucht.

Plankton in den oberen Wasserschichten produziert Sauerstoff
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Glücklicherweise haben Wissenschaftler den Zusammenhang von FCKW und Ozonloch erkannt. Auch die Politik reagierte gerade noch rechtzeitig. Der Ozonkiller FCKW ist mittlerweile weltweit verboten. Ganz langsam erholt sich die Ozonschicht. Bis sie wieder ganz heil ist, wird es allerdings noch einige Jahre dauern, denn FCKW ist sehr stabil. Es baut sich nur langsam ab und noch immer sind die Gase auf dem Weg nach oben. Dort können sie noch über hundert Jahre lang die Ozonschicht angreifen.

Australien und Neuseeland sind besonders vom Ozonloch betroffen
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Eine Hülle aus Gas

Vom Weltraum gesehen erscheint sie wie ein feiner bläulicher Schleier, der sich um die Erde legt: die Atmosphäre. Sie ist die Lufthülle, die unseren Planeten umgibt. Im Vergleich zum Durchmesser der Erde ist diese Hülle ziemlich dünn: Wäre die Erde so groß wie ein Apfel, dann hätte die Atmosphäre etwa die Dicke seiner Schale.

Die Atmosphäre liefert Sauerstoff zum Atmen
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Ohne die Atmosphäre gäbe es auf diesem Planeten kein Leben, denn Pflanzen, Tiere und Menschen benötigen Luft zum Atmen. Sie schützt uns vor der Kälte und vor schädlicher Strahlung aus dem Weltall. Außerdem lässt sie Meteoriten verglühen, bevor sie auf der Erdoberfläche einschlagen können. Diese Lufthülle ist für uns lebenswichtig – aber woraus besteht sie eigentlich?

Nur etwa ein Fünftel der Atemluft ist Sauerstoff
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Die Atmosphäre ist ein Mix aus verschiedenen Gasen. Ein großer Teil dieses Gasgemischs ist Stickstoff: Mit 78 Prozent sind das fast vier Fünftel der gesamten Atmosphäre. Nur 21 Prozent bestehen aus Sauerstoff, den wir zum Atmen brauchen. Das restliche eine Prozent machen verschiedene Spurengase aus – also Gase, die nur in Spuren in der Atmosphäre vorkommen. Zu diesen Spurengasen gehören Methan, Stickoxide und vor allem Kohlendioxid, kurz CO2 genannt. Obwohl der CO2-Anteil recht gering ist, hat dieses Spurengas gewaltigen Einfluss auf unser Erdklima. Das zeigt sich am Treibhauseffekt, der unseren Planeten aufheizt.

Auf den Gipfeln des Himalaya ist die Luft sehr dünn
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Dass die Erde überhaupt eine Atmosphäre hat, liegt an der Schwerkraft. Sie hält die Gasmoleküle auf der Erde fest und verhindert, dass diese einfach ins Weltall hinaus fliegen. Tatsächlich wird die Luft mit steigender Höhe und damit abnehmender Schwerkraft immer dünner. Schon ab 2000 Metern über dem Meeresspiegel kann sich das für den Menschen unangenehm bemerkbar machen: Er leidet an der Höhenkrankheit mit Atemnot, Kopfschmerzen und Übelkeit. Extrembergsteiger, die hohe Gipfel wie die 8000er des Himalaya erklimmen wollen, nehmen daher meistens künstlichen Sauerstoff mit auf ihre Tour.