Welche Gase beeinflussen die Ozonschicht?

Im oberen Bereich der Stratosphäre der Erde absorbiert eine dünne Schicht von Ozonmolekülen ultraviolettes Sonnenlicht, wodurch die Bedingungen an der Oberfläche für Lebewesen förderlich sind. Die Ozonschicht ist dünn – nur etwa so dick wie zwei gestapelte Pfennige – und bestimmte Gase interagieren mit Ozon, um eine saisonale Verdünnung der Schicht zu bewirken. Die meisten der für diese Ozonlöcher verantwortlichen Gase werden durch menschliche industrielle oder landwirtschaftliche Aktivitäten freigesetzt.

Sauerstoff bildet etwa 21 Prozent der Erdatmosphäre, und der Großteil davon existiert als stabiles Molekül, das aus zwei Sauerstoffatomen besteht. In der oberen Stratosphäre hat das Sonnenlicht jedoch genug Energie, um einige dieser Moleküle in freien Sauerstoff zu spalten Atome, die sich mit den stabilen Sauerstoffmolekülen zu Ozon verbinden können – ein Molekül, das aus drei Sauerstoffatomen besteht Atome. Die drei Atome bilden eine Konfiguration, die es dem Molekül ermöglicht, ultraviolettes Licht zu absorbieren. Wissenschaftler glauben, dass sich die Ozonschicht vor etwa 600 Millionen Jahren gebildet hat, wodurch Organismen aus dem Meer auftauchen und an Land leben können.

Chlor und Brom haben ähnliche atomare Strukturen, und beide haben die Fähigkeit, die Ozonschicht zu zerstören. Wenn ein einzelnes Atom eines der Elemente mit einem Ozonmolekül in Kontakt kommt, wird das zusätzliche Sauerstoffatom zu bilden ein etwas stabileres Molekül – entweder ein Hypochlorit- oder ein Hypobromit-Ion – und hinterlassen molekularen Sauerstoff. Da es alles andere als inert ist, reagiert jedes Hypochlorit- und Hypobromit-Ion mit einem anderen Ozonmolekül Zeit, um zwei Sauerstoffmoleküle zu bilden und das Chlor- oder Bromradikal frei zu lassen, um den Prozess zu beginnen nochmal. Auf diese Weise kann ein einziges Chlor- oder Bromatom Tausende von Ozonmolekülen in Sauerstoff umwandeln.

Würden Chlor- oder Bromgas an der Oberfläche freigesetzt, würden beide nicht in die Stratosphäre gelangen – sie würden Verbindungen bilden, lange bevor sie dort ankamen. Chlor ist jedoch ein Hauptbestandteil von zwei Klassen von Inertgasen, den sogenannten Fluorchlorkohlenwasserstoffen oder FCKW. Diese Gase wandern in die obere Atmosphäre, wo die Sonnenstrahlung stark genug ist, um die Moleküle zu zerbrechen und freizusetzen Chlor. Auf die gleiche Weise wird Brom in die Stratosphäre freigesetzt, wenn Methylbromid in Bodennähe ausgestoßen wird. FCKW haben viele Anwendungen in der Industrie und Methylbromid ist ein Pestizid. Andere Klassen von ozonabbauenden Gasen, die Brom enthalten, sogenannte Halone, werden in Feuerlöschern und in der Landwirtschaft verwendet.

Bis Februar 2013 hatten 197 Länder den Bedingungen des Montrealer Protokolls zugestimmt, einem internationalen Abkommen zur Kontrolle der Verwendung bestimmter FCKW und Halone. Der Vertrag befasst sich nicht speziell mit Tetrachlorkohlenstoff, einem weiteren ozonabbauenden Stoff, aber da er bei der Herstellung von FCKW verwendet wird, die ausgelaufen sind, ist seine Verwendung zurückgegangen. Der Vertrag befasst sich auch nicht mit der Freisetzung von Methylbromid oder Lachgas. Letzteres ist ein weiteres ozonabbauendes Gas, das in der Landwirtschaft und Landwirtschaft freigesetzt wird. Lachgas bildet wie FCKW ein reaktives Radikal in der Stratosphäre, das dem Ozon das zusätzliche Sauerstoffatom entzieht.