Was ist die Ozonkonzentration?
Ozon ist ein blau gefärbtes giftiges Gas, das sich aus drei Sauerstoffmolekülen (O 3 ) zusammensetzt. Je nachdem, wo es in der Atmosphäre beobachtet wird, kann es entweder gesundheitsschädlich oder für das Leben auf der Erde von Vorteil sein. Bei niedrigeren Konzentrationen in der Atmosphäre kann eine Ozonkonzentration über den Mindestwerten gesundheitliche Auswirkungen haben, das Pflanzenwachstum beeinträchtigen sowie Luftverschmutzung und Gebäudeschäden verursachen. In der oberen Atmosphäre, die sich 20 bis 30 Kilometer über dem Boden befindet, wirkt Ozon als Schutzschild, um zu verhindern, dass schädliche UV-Strahlen der Sonne auf den Boden gelangen.
Ozon in geringen Mengen entsteht durch Reaktionen von Fahrzeugen mit Erdölantrieb mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), die in Benzin und Lacklösungsmitteln enthalten sind. Wenn sich die Verbindungen in der Atmosphäre ansammeln, reagieren sie mit normalen Sauerstoffmolekülen (O 2 ) und bilden Ozon und andere Verbindungen, die zu Smog oder Luftverschmutzung beitragen. Ozon ist chemisch aktiv und kann beim Einatmen mit dem Lungengewebe reagieren und Schäden verursachen. Es ist auch ätzend und kann durch Reaktionen mit Bauprodukten im Außenbereich Gebäudeschäden verursachen.
Ozon in geringen Konzentrationen kann bei kontrollierten Anwendungen vorteilhaft sein, da es als Desinfektionsmittel zur Entfernung von Keimen fungieren kann. Ozongeneratoren können in Wasseraufbereitungsanlagen und in einigen Luftreinigungssystemen zur Entkeimung eingesetzt werden. Dies wird bewusst in geringen Konzentrationen gehalten, um mögliche negative Auswirkungen auf die Gesundheit zu minimieren. Ein Beispiel für Ozon als Luftreiniger ist die Erzeugung von Blitzen bei Gewittern, und die Luft riecht danach frischer. Die hohe elektrische Energie in Blitzen kann aus Sauerstoffmolekülen Ozon erzeugen, das mit Luftverschmutzung reagiert und die Luft vorübergehend reinigt.
In der oberen Atmosphäre wird Ozon auf natürliche Weise durch Reaktionen von Sauerstoffmolekülen mit hochintensivem Sonnenlicht gebildet. Das Ozon ist ein sehr guter Absorber für Ultraviolett-B (UVB) -Strahlungswellenlängen, von denen bekannt ist, dass sie Krebs bei Menschen und vielen Tieren fördern. Ozon reagiert ständig mit anderen Partikeln und wird dann während des Tages unter Beibehaltung einer konstanten Ozonkonzentration regeneriert. Die Menge ist sehr gering, gemessen an einigen Teilen pro Milliarde Teile Luft, aber wichtig für den UVB-Schutz.
Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) wurden in den 1930er Jahren als eine Gruppe von Produkten erfunden, die als Ersatz für gefährliche Kältemittel wie Ammoniak und Methylchlorid dienen, die entweder entzündlich oder giftig sind. Tests mit FCKW haben gezeigt, dass Menschen und Tiere ohne Risiko Leckagen in geringeren Mengen ausgesetzt werden können, die in Privathaushalten und kleineren Unternehmen zu finden sind. Innerhalb kurzer Zeit wurden FCKW weltweit in Kühl-, Aerosol-Spraydosen und Feuerlöschmitteln eingesetzt.
Untersuchungen, die in den 1960er Jahren begannen, zeigten, dass die Ozonkonzentration in einigen Teilen der oberen Erdatmosphäre abnahm. In den 1980er Jahren bestand ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Ozonschichtverlusten und in die Luft freigesetzten FCKWs, die in die obere Atmosphäre gelangen. Wissenschaftler schlugen vor, dass die extrem stabilen FCKW-Moleküle viele Jahre in der Erdatmosphäre verblieben und dass Luftströmungen und Wetter es ihnen schließlich ermöglichten, die atmosphärischen Höhen zu erreichen, in denen die Ozonkonzentration am höchsten war.
Dieselbe Sonnenenergie, die Ozon erzeugte, war auch stark genug, um die FCKW-Moleküle aufzubrechen und dabei Moleküle von Chlor (Cl) freizusetzen. Diese Moleküle bildeten zusammen mit Staub und Eiskristallen in großer Höhe Reaktionsstellen, die Ozon spalteten und normale Sauerstoffmoleküle bildeten. Obwohl diese Reaktionen überall in der Atmosphäre auftraten, verursachten sehr niedrige Temperaturen und Wetterbedingungen über dem Südpol eine höhere Reaktionsrate.
Satellitendaten zeigten eine sehr niedrige Ozonkonzentration über dem Südpol im sehr frühen Polarfrühling nach mehreren Monaten Dunkelheit. Wissenschaftler und Medien prägten damals den Begriff „Ozonloch“, um den Effekt zu erklären. Obwohl das Ozonloch in jedem Frühjahr vorübergehend war und relativ schnell verschwand, gab es Anlass zu großer Besorgnis über die Langzeitwirkung von FCKW.
1987 unterzeichneten fast 200 Staaten der Vereinten Nationen das Montrealer Protokoll und einigten sich darauf, die Produktion von FCKW innerhalb bestimmter Fristen einzustellen oder einzustellen. In den folgenden Jahrzehnten wurden Änderungen an der Vereinbarung vorgenommen, da neue Erkenntnisse einen höheren Ozonabbau zeigten als ursprünglich angenommen. FCKWs wurden durch Verbindungen mit wenig oder keinem Chlor in ihren Molekülen ersetzt, die als teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKWs) und teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKWs) bezeichnet werden.
Für einige Anwendungen entwickelte sich das Interesse an der Verwendung von brennbaren Gasen wie Propan und sogar Ammoniak, da diese Produkte keinen Ozonabbau verursachen. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts suchten die Hersteller nach Möglichkeiten, brennbare Gase sicher in Verbraucherprodukte einzubauen. Die Forschung wurde auch auf nicht brennbare Gase wie Kohlendioxid und andere Technologien ausgeweitet, die Lebensmittel ohne den Einsatz von Kältemittelgasen kühlen könnten.