Die Bedeutung der UV-Absorption durch Ozon für das Leben; Sonnenschutzmittel

Experimente:
Versuch: Wirkung von UV-Strahlen auf Lebewesen
Versuch: UV-Absorption von DNA und von Ozon im Vergleich
Versuch: Spektrum von Sonnenschutzmitteln und von Ozon im Vergleich


Der bemerkenswert hohe molare Extinktionskoeffizient von Ozon von etwa 106 cm2 /mol [8] im Absorptionsmaximum bei 254 nm macht verständlich, warum Ozon auch in einer geringen atmosphärischen Konzentration für unser Leben so wichtig ist.
Die Ozonschicht wirkt wie eine "UV-Schutzfolie", die um die Erde herumgespannt ist und die Erde gegen die Strahlung zwischen 220 nm und 300 nm abschirmt. Man kann das mit einer sehr dünnen, 5 mm dicken schwarzen Folie vergleichen, die ja auch schließlich (was niemand bezweifelt) kein sichtbares Licht durchlässt.
Die UV-Strahlung wirkt vor allem auf niedere Organismen (Bakterien, Einzeller) und wirkt dort als ein starkes Mutagen (siehe Experimente, V 14). Aber auch auf die äußeren Organe von Tier und Mensch wirkt UV-Strahlung ein. So werden ganz besonders Haut und Augen angegriffen.

Interessant ist, dass Ozon und DNA nahezu die gleiche UV-Absorption zeigen (siehe Experimente, V 15; Bild 1). Das ist ein Hinweis auf die Bedeutung des Ozons für das Leben: Das Leben hat im Verlauf der Evolution offensichtlich seine zentral wirkenden DNA-Moleküle genau an den Bereich angepasst, in dem das Ozon die mutagene UV-Strahlung absorbiert. Dies lässt die möglichen Folgen der Ozonausdünnung für das Leben auf der Erde erahnen. (Im Bereich unterhalb von 220 nm übernehmen Sauerstoff, Stickstoff und Stickstoffoxide die Rolle des Ozons. Folglich steigt dort die Absorption der DNA deshalb wieder an.)

Bild 1: Vergleich von Ozon- und DNA-Spektrum [2]


Sonnenschutzpräparate decken genau die vom Ozon nicht absorbierten UV-Spektralbereiche ab (siehe Experimente, V 16, Bild 2).

Bild 2: Spektren von Ozon und Sonnenschutzmitteln


Dieses Spektrum bedarf noch einer besonderen Erläuterung:
Sonnenschutzmittel sind aromatische Verbindungen wie etwa Benzoesäurederivate, die im UV absorbieren. Sie tun das jedoch nicht gleichmäßig, sondern weisen Absorptionslücken auf, bilden also "Fenster" für bestimmte UV-Strahlungsbereiche.
Der Grund: Aromatische Verbindungen besitzen im Allgemeinen drei getrennte Absorptionsgruppen. Beim Benzol liegt je eine um 254 nm, 200 nm und >180 nm. Wenn man also Sonnenschutzmittel konstruiert, muss man für das Füllen dieser Absorptionslücken sorgen. Deshalb müsste man eigentlich geeignete Substanzen mischen.
Glücklicherweise hat das Ozon ebenfalls eine starke Bande im UV - wie das Spektrum zeigt. Diese füllt bei den meisten Sonnenschutzmitteln die Lücke zwischen den Banden.
Problematisch wird es nur, wenn wie momentan der Ozongehalt der Stratosphäre abnimmt. Dann öffnet sich dieses Fenster wieder. Durch Konzentrationserhöhung sorgt man für Bandenverbreiterung; man kennzeichnet dann diese Mittel durch einen hohen Schutzfaktor.


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Literatur


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Letzte Überarbeitung: 07. April 2015, Dagmar Wiechoczek