Ozon absorbiert Ultraviolett-Strahlung
Experimente:
Versuch: Absorption von UV-Strahlung durch Ozon
Versuch: Spektroskopische Konzentrationsbestimmung von Ozon im Elektrolysegas
Versuch: Wirkung von Ozonfiltern
Ozon ist in der Atmosphäre in einer nur unvorstellbar
geringen Konzentration vorhanden: So kommen im Mittel auf 10 Millionen
"Luftteilchen", also Sauerstoff- bzw. Stickstoffmoleküle
sowie Edelgasatome, immerhin noch 3500 Moleküle des als Spurengas
bezeichneten Kohlenstoffdioxids, aber nur etwa 4 bis 6 Moleküle
Ozon. Dass es trotzdem für das Leben auf der Erde von
derart zentraler Bedeutung ist, hängt mit einer charakteristischen
Eigenschaft des Ozons zusammen: Es absorbiert extrem stark UV-Strahlung
und schützt damit trotz seiner hauchdünnen Verteilung
in der Atmosphäre das Leben auf der Erde.
Diese Tatsache ist seit langem bekannt, sie rückte
aber erst vor ca. 15 Jahren in das Interesse der Öffentlichkeit.
Seit dieser Zeit beobachtet man nämlich die Abnahme der Ozonkonzentration
in der Stratosphäre, hervorgerufen durch menschliche Aktivitäten
("anthropogen"). Wegen der extrem starken Absorptionsfähigkeit
des Ozons machen sich dabei schon geringe Konzentrationsänderungen
im Strahlungsgleichgewicht bemerkbar.
Um also die "zwei Gesichter" des Ozons (schädliche Wirkung in Bodennähe,
nützliche Wirkung in der Stratosphäre) experimentell zu erschließen, sollten
nicht nur die chemischen Eigenschaften des Ozons untersucht, sondern auch das
UV-Spektrum von Ozon aufgenommen werden (-> Versuch).
Damit wird auch dem Ansatz fächerübergreifenden Lernens Rechnung getragen.
Steht - auch in der Physiksammlung - ein Spektralfotometer nicht zur Verfügung,
sollte zumindest der Schattenwurf eines mit Ozon gefüllten Gefäßes mit einer UV-Lampe
vorgeführt werden. Bekannt ist, dass Ozon (wie z. B. in der Stratosphäre)
UV-Strahlung absorbiert und damit das Leben auf dieser Erde schützt.
Ozon absorbiert UV-Strahlung zwischen 220 nm und
300 nm. Das Maximum liegt bei 254 nm (Bild 3). Dies entspricht
einer Hg-Linie der meisten einfachen UV-Lampen ("Partylicht").
Das Bild zeigt aber auch, dass Ozon ein feinstrukturiertes,
für Gase mit mehratomigen Molekülen typisches Rotations-Schwingungsspektrum
hat. Das lässt erwarten, dass Ozon auch im IR-Bereich
Strahlung absorbiert, also ein effektives "Treibhausgas"
ist. Tatsächlich ist seine Treibhauswirkung etwa 2000mal
höher als die des CO2.
Bodennahes Ozon wirkt also bei der Aufheizung der
Troposphäre mit.
UV-Spektrum von Ozon
(Bedingungen: siehe V12) [2]
Die quantitative Bestimmung von Ozon in den Messstationen
erfolgt ebenfalls durch Absorptionsmessungen im Absorptionsmaximum
bei 254 nm (siehe Experimente, V 13). Dabei dient Luft,
die man zuvor mit Hilfe eines Mangandioxid-Filters
ozonfrei gemacht hat (siehe Experimente, V 20), als Vergleichswert.
Wegen der geringen atmosphärischen Ozonkonzentration
in der Luft arbeitet man allerdings mit Küvetten, deren Schichtdicke
z. B. 70 cm beträgt. Man misst auch über längere
Zeit hinweg oder untersucht auch breitere Wellenlängenbereiche.
Diese integralen Werte sind für Außenstehende nur schwer
miteinander zu vergleichen. Deshalb darf man als Lehrer nicht
traurig sein, wenn die eigenen Messwerte mit denen der offiziellen
Messstationen nicht immer übereinstimmen. Aber auf jeden
Fall stimmen längerfristige (z. B. ganztägige) Trendmessungen,
wie es beim Schönbeinfilter beschrieben wurde [6].
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