Bevor Thomas Midgley Jr. und seine Mitarbeiter 1928 Freon erfanden, waren die gängigsten Kältemittel gefährliche Chemikalien wie Schwefeldioxid, Methylchlorid und Ammoniak. Freon ist eine Kombination mehrerer Fluorchlorkohlenwasserstoffe oder FCKWs, die chemisch so inert sind, dass Ingenieure glaubten, sie hätten eine Wunderverbindung gefunden. FCKW sind geschmacklos, geruchlos, nicht brennbar und nicht korrosiv, aber 1974 warnten zwei Wissenschaftler, dass sie alles andere als harmlos sind, und ihre Warnungen wurden 1985 bestätigt.
Die Ozonschicht
Sauerstoff ist das zweithäufigste Gas in der Erdatmosphäre und existiert hauptsächlich als Moleküle aus zwei Sauerstoffatomen. Sauerstoff kann sich jedoch zu Molekülen mit drei Atomen verbinden, die als Ozon bezeichnet werden. Ozon in Bodennähe ist ein Schadstoff, bildet aber in der oberen Stratosphäre eine Schutzschicht um die Planet, der ultraviolettes Sonnenlicht absorbiert und dadurch alles Leben vor den schädlichen Auswirkungen schützt Strahlung. Die Dicke dieser Schicht wird in Dobson-Einheiten (DU) gemessen; ein DU entspricht einem Hundertstel Millimeter bei Standardtemperatur und -druck. Die Ozonschicht ist im Durchschnitt etwa 300 bis 500 DU dick, was etwa der Dicke von zwei gestapelten Pfennigen entspricht.
Die Wirkung von FCKW
Wissenschaftler begannen zuerst zu erkennen, dass Chlor eine destruktive Wechselwirkung mit Ozon in der Anfang der 1970er Jahre, und Sherwood Rowland und Mario Molina warnten vor der Gefahr, die FCKW für die Ozonschicht in 1974. Diese Gefahr ist eine direkte Folge der Tatsache, dass FCKW – die Kohlenstoff, Fluor und Chlor enthalten – so inert sind. Da sie mit nichts in der unteren Atmosphäre reagieren, wandern die FCKW-Moleküle schließlich in die obere Atmosphäre, wo die Sonnenstrahlung intensiv genug ist, um sie auseinander zu brechen. Dabei entsteht freies Chlor – ein Element, das alles andere als inert ist.
Die Wirkung von Chlor auf Ozon
Der Prozess, durch den Chlor Ozon zerstört, ist zweistufig. Ein hochreaktives Chlorradikal entzieht einem Ozonmolekül das zusätzliche Sauerstoffatom, bildet Chlormonoxid und hinterlässt als Produkt der Reaktion ein Sauerstoffmolekül. Chlormonoxid ist jedoch auch sehr reaktiv und verbindet sich mit einem anderen Ozonmolekül zu zwei Sauerstoffmolekülen und lässt das Chloratom frei, um den Prozess erneut zu beginnen. Ein einziges Chloratom kann bei ausreichend kalten Temperaturen Tausende von Ozonmolekülen zerstören. Diese Temperaturen bestehen im Winter über der Antarktis und in begrenztem Maße über der Arktis.
Das Ozonloch
Wissenschaftler entdeckten 1985 erstmals Hinweise auf ein Ozonloch über der Antarktis. Die Regierungen der Welt reagierten schnell und einigten sich 1987 in Montreal darauf, bis 2010 die Verwendung von FCKW in den Unterzeichnerstaaten auslaufen zu lassen. Die durchschnittliche Dicke der Schicht in einem Ozonloch, das sich jedes Jahr während des antarktischen Frühlings entwickelt, beträgt etwa 100 DU – die Dicke eines Cents. Das größte beobachtete Loch war im Jahr 2006; es hatte eine Fläche von 76,30 Millionen Quadratkilometern (29,46 Millionen Quadratmeilen); kein Loch in den Folgejahren, ab 2014, war so groß. Das erste Ozonloch über der Arktis wurde 2011 nach einem ungewöhnlich kalten arktischen Winter beobachtet.