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Ozon, eine Form von Sauerstoff, kommt in der Erdatmosphäre nicht häufig vor, ist aber wichtig. Es bildet eine Schicht in der Stratosphäre, die schädliche ultraviolette Sonnenstrahlung blockiert, und ohne diese Schicht wären die Bedingungen an der Oberfläche für Lebewesen ungünstiger. Die Freisetzung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen in die Atmosphäre schädigt diese Ozonschicht, da Chlor - ein Bestandteil von FCKW - hochreaktiv ist und mit Ozon in gewöhnliche Sauerstoffmoleküle umgewandelt wird.
Ozon in der Atmosphäre
Ozon ist eine Verbindung, die aus drei Sauerstoffatomen besteht und in der Atmosphäre in zwei getrennten Schichten vorliegt. In der bodennahen Troposphäre gilt es als Schadstoff. Es schädigt Pflanzen und verursacht beim Menschen Atemwegserkrankungen. In der oberen Stratosphäre bildet sich jedoch eine Schicht, die ultraviolettes Sonnenlicht absorbiert. Wissenschaftler messen die Dicke dieser Schicht "guten" Ozons in Dobson-Einheiten, benannt nach dem britischen Physiker Gordon Miller Bourne Dobson, einem Pionier in der Untersuchung von Ozon. Eine Dobson-Einheit ist definiert als eine Dicke von 0,01 Millimetern (0,0004 Zoll) bei Standardtemperatur und -druck, dh 0 Grad Celsius (32 Grad Fahrenheit) und 1 Atmosphäre.
Reaktion mit Ozon
Chlor wirkt als Katalysator bei der Umwandlung von Ozon in Sauerstoff in einer Reaktion, die bis 1973 nicht verstanden wurde. Wenn ein freies Chloratom und ein Ozonmolekül in Wechselwirkung treten, entfernt das Chloratom das dritte Sauerstoffmolekül, um Chlormonoxid, eine instabile Verbindung, zu bilden und a zu hinterlassen stabiles Sauerstoffmolekül. Da das Chlormonoxidmolekül instabil ist, kann es mit einem freien Sauerstoffatom in Wechselwirkung treten und ein weiteres Molekül aus zwei Sauerstoffatomen bilden. Wichtig ist, dass das Chloratom frei bleibt, um den Prozess erneut zu starten. Dieser Zyklus kann tausende Male wiederholt werden, wodurch die Ozonmenge stetig abnimmt.
Chlorquellen
Da Chlor instabil ist, würde es, wenn es in seiner elementaren Form freigesetzt wird, mit einem anderen Element oder einer anderen Verbindung reagieren, bevor es jemals die Stratosphäre erreicht. Chlor ist jedoch ein Schlüsselelement in einer Klasse von Substanzen, die als Fluorchlorkohlenwasserstoffe bezeichnet werden und eine Reihe von Anwendungen in der Industrie haben, einschließlich der Kältetechnik. Im Gegensatz zu reinem Chlor sind FCKW inert und behalten ihre Struktur unbegrenzt bei, wenn sie in Bodennähe freigesetzt werden. Sie wandern jedoch schließlich in die obere Atmosphäre, wo das Sonnenlicht stark genug ist, um sie auseinanderzubrechen und Chlor freizusetzen. Chlor ist nicht unbedingt das einzige Element, das zum Abbau von Ozon führt. Dies tun auch Brom, Wasserstoff und Stickstoff.
Das Ozonloch
Die Dicke der Ozonschicht liegt im Durchschnitt bei 300 bis 500 Dobson-Einheiten, was in etwa der Dicke von zwei gestapelten Pfennigen entspricht. Im Jahr 1984 berichteten britische Wissenschaftler in der Antarktis, dass diese Schicht immer wieder auf 180 Dobson-Einheiten oder etwas mehr als die Dicke eines Pennys ausgedünnt wurde. Diese Ausdünnung erfolgt im antarktischen Winter und Frühling, wenn stratosphärische Wolken von Eispartikeln die Zerstörung von Ozon beschleunigen. Das Loch wächst jedes Jahr, um den größten Teil des antarktischen Kontinents und darüber hinaus zu umfassen, und die Schicht ist in einigen Jahren so dünn wie 73 Dobson-Einheiten geworden, was weniger als die Dicke eines Groschens ist.