(Auszug aus: Chemie für Gymnasien, Auswahlthemen Organische Chemie 2: Brennstoffe (Cornelsen Verlag).)

Ozon ist eine besondere Form von Sauerstoff: Seine Moleküle sind aus drei Sauerstoffatomen aufgebaut (O₃).
Ozon ist ein sehr reaktionsfreudiges und giftiges Gas. Obwohl Ozon weniger als einen Millionstel Teil der Atmosphäre ausmacht, hält es fast 99 % der UV-Strahlung aus dem Sonnenlicht zurück. In der Stratosphäre findet normalerweise ein ständiger Auf- und Abbau von Ozon statt (Bilder 1 u. 2). Durch diese Vorgänge wird der größte Teil der UV-Strahlung von der Erdoberfläche ferngehalten.

Bild 1: Bildung von Ozon Bild 2: Abbau von Ozon

(Genau genommen hat das bei der Spaltung eines Sauerstoffmoleküls entstehende Sauerstoffatom noch eine zu hohe Energie, als dass es sich mit einem weiteren Sauerstoffmolekül zu Ozon verbinden könnte. Es ist noch ein weiteres, beliebiges Gas-Molekül als Stoßpartner nötig. Beim Zusammenstoß wird die Energie verringert; Ozon kann gebildet werden.)

Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (kurz FCKW genannt) stören das Gleichgewicht zwischen Ozonaufbau und -abbau. Sie tragen dazu bei, dass mehr Ozon zersetzt wird als sich neu bilden kann.
Durch Luftbewegungen in der Atmosphäre verteilen sich die FCKW rund um die Erde. Da ihre Moleküle sehr stabil gegen äußere Einflüsse sind, verändern sie sich beim Kontakt mit anderen Molekülen nicht. In der Stratosphäre werden jedoch durch die intensive UV-Strahlung aus den FCKW sehr reaktionsfähige Chlorradikale abgespalten. Diese greifen Ozonmoleküle an und bewirken deren Umwandlung in Sauerstoffmoleküle. Dabei entsteht außerdem das Radikal Chlormonooxid (Bild 3).

Bild 3: Die Bildung des Chlormonoxidradikals

Chlormonooxidradikale und Sauerstoffradikale (die bei dem natürlichen Auf- und Abbau von Ozon entstehen) reagieren weiter. Dabei bilden sich Sauerstoffmoleküle (Bild 4). Das Chlorradikal wird wieder frei und kann nun ein weiteres Ozonmolekül spalten. Man vermutet, dass ein einziges Chlorradikal mehrere hunderttausend Ozonmoleküle zerstört, bis es selbst gebunden wird.

Bild 4: Die Bildung des Sauerstoffmoleküls

Über der Antarktis sind die klimatischen Bedingungen sehr extrem. Aber gerade dadurch wird der Abbau des Ozons anscheinend begünstigt. Dort ist in den vergangenen Jahren ein "Loch" in der Ozonschicht entstanden.

Genauer betrachtet, erfolgt der Ozonabbau dort an der Oberfläche der Perlmutterwolken. Das sind farbig schimmernde Wolken in der Stratosphäre, die aus winzigen Eiskristallen bestehen, in die Salpetersäuremoleküle eingebunden sind. Damit sich diese Eiswolken bilden, muss sich die Stratosphäre stark abkühlen (unter -80 °C). Diese Abkühlung beschleunigt sich in letzter Zeit: Normalerweise absorbiert das Ozon ja die UV-Strahlung aus dem Sonnenlicht und wandelt sie in IR-Strahlung - also in Wärme - um; das führt dann zu einer Erwärmung der Stratosphäre. Durch die zunehmende Konzentration an FCKW wird die Ozonschicht jedoch "ausgedünnt", wodurch diese Wärmequelle entfällt. Außerdem kühlt sich die Stratosphäre aufgrund des Treibhauseffekts ab. Man beobachtet deshalb, dass die stratosphärischen Eiswolken zunehmen. Somit wird der Ozonabbau durch den Treibhauseffekt beschleunigt. Andererseits wird die Erwärmung der Troposphäre durch die Ausdünnung der Ozonschicht gefördert. Es gelangt nämlich mehr UV-Strahlung zur Erde, und diese wird dort in IR-Strahlung umgewandelt. Somit wird der Treibhauseffekt durch den Ozonabbau verstärkt.

Treibhauseffekt und Ozonabbau schaukeln sich deshalb immer schneller gegenseitig auf.

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