Wie viel Prozent UV absorbiert das Ozon?

Hoch in der Stratosphäre, etwa 32 Kilometer über der Erdoberfläche, sind die Bedingungen genau richtig, um eine Ozonkonzentration von 8 ppm aufrechtzuerhalten. Das ist gut so, denn dieses Ozon absorbiert stark ultraviolette Strahlung, die sonst für das Leben auf der Erde unwirtliche Bedingungen schaffen würde. Der erste Schritt zum Verständnis der Bedeutung der Ozonschicht besteht darin, zu verstehen, wie gut Ozon ultraviolette Strahlung absorbiert.

Ozon entsteht, wenn ein freies Sauerstoffatom mit einem Sauerstoffmolekül kollidiert. Es ist etwas komplizierter, weil ein anderes Molekül in der Nähe sein muss, um die ozonbildende Reaktion voranzutreiben. Ein Sauerstoffmolekül besteht aus zwei Sauerstoffatomen und ein Ozonmolekül besteht aus drei Sauerstoffatomen.

Ozonmoleküle absorbieren ultraviolette Strahlung und spalten sich dabei in ein zweiatomiges Sauerstoffmolekül und ein freies Sauerstoffatom auf. Wenn der Luftdruck genau richtig ist, findet der freie Sauerstoff schnell ein anderes Sauerstoffmolekül und bildet ein weiteres Ozonmolekül.

In der Höhe, in der die Ozonbildungsrate mit der UV-Absorptionsrate übereinstimmt, gibt es eine stabile Ozonschicht.

Ultraviolette oder UV-Strahlung wird oft als UV-Licht bezeichnet, da es sich um eine Form elektromagnetischer Strahlung handelt, die sich nur geringfügig vom sichtbaren Licht unterscheidet. Dieser kleine Unterschied ist jedoch sehr wichtig, da UV-Lichtbündel mehr Energie enthalten als sichtbares Licht. Das UV-Spektrum beginnt dort, wo das sichtbare Spektrum aufhört, mit Wellenlängen um 400 Nanometer (weniger als 400 Milliardstel Yard). Das UV-Spektrum deckt den Wellenlängenbereich bis hinunter zu 100 Nanometern ab. Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Energie der Strahlung. Das UV-Spektrum wird in drei Bereiche unterteilt, die UV-A, UV-B und UV-C genannt werden. UV-A deckt 400 bis 320 Nanometer ab; UV-B reicht bis 280 Nanometer; UV-C enthält den Rest, von 280 bis 100 Nanometer.

Die Wechselwirkung von Licht und Materie ist ein Energieaustausch. Zum Beispiel kann ein Elektron in einem Atom zusätzliche Energie haben, die es loswerden muss. Eine Möglichkeit, diese zusätzliche Energie abzuleiten, besteht darin, ein winziges Lichtbündel namens Photon auszusenden. Die Energie des Photons entspricht der zusätzlichen Energie, die das Elektron loswird. Es funktioniert auch andersherum. Wenn die Energie eines Photons genau der von einem Elektron benötigten Energie entspricht, kann das Photon diese Energie an das Elektron abgeben. Wenn das Photon entweder zu viel oder zu wenig Energie hat, wird es nicht absorbiert.

Ultraviolettes Licht hat mehr Energie als Radio, Infrarot oder sichtbares Licht. Dies bedeutet, dass einige Ultraviolett - insbesondere die kürzeren Wellenlängen - so viel Energie haben, dass sie Elektronen von ihren Heimatatomen oder -molekülen wegreißen können. Das nennt man Ionisation, und deshalb sind ultraviolette Wellen gefährlich: Sie ionisieren Elektronen und schädigen Moleküle. UV-C-Wellen sind am gefährlichsten, dann kommt UV-B und schließlich UV-A.

Es stellt sich heraus, dass die Energieniveaus der Elektronen im Ozonmolekül dem ultravioletten Spektrum entsprechen. Ozon absorbiert mehr als 99 Prozent der UV-C-Strahlen – den gefährlichsten Teil des Spektrums. Ozon absorbiert etwa 90 Prozent der UV-B-Strahlen – aber die 10 Prozent, die durchkommen, sind ein wichtiger Faktor bei der Entstehung von Sonnenbrand und der Auslösung von Hautkrebs. Ozon absorbiert etwa 50 Prozent der UV-A-Strahlen.

Diese Zahlen hängen von der Ozondichte in der Atmosphäre ab. Die Emissionen von Fluorchlorkohlenwasserstoffen verändern das Gleichgewicht von Ozonbildung und -zerstörung, kippen es in Richtung Zerstörung und verringern die Ozondichte in der Stratosphäre. Sollte sich dieser Trend auf unbestimmte Zeit fortsetzen, erklärt die NASA, wie gravierend die Folgen wären: "Ohne Ozon würde die intensive UV-Strahlung der Sonne die Erdoberfläche sterilisieren."