Wie Treibhausgase unsere Atmosphäre beeinflussen

Wie ist unsere Atmosphäre eigentlich aufgebaut? Die Atmosphäre setzt sich aus ganz unterschiedlichen Luftschichten zusammen, die sich in ihrer Dichte, wie in ihren Eigenschaften u. a. mit der Höhe grundlegend unterscheiden. Die dabei für uns wichtigste Luftschicht ist die Troposphäre, die bis in etwa bis 10 - 15km Höhe reicht. Darüber kommt die Stratosphäre, die in etwa ab 11 - 16km und von da an bis in eine Höhe von etwa 25 - 30km reicht. Dazwischen liegt die Tropopause, in der sich auch die für das Leben auf der Erde so wichtige Ozonschicht befindet. Die darüber liegenden Luftschichten reichen noch viele Kilometer weiter in den Weltraum hinaus.

Wie setzt sich unsere Lufthülle zusammen?

Die bodennahen Luftmassen, also die in der Troposphäre, setzen sich ganz verschiedenartig zusammen: So besteht die Luft, die wir atmen, zu 78% aus Stickstoff, zu 21% aus Sauerstoff und zu einem Prozent aus Spurengasen, wie z.B. das Edelgas Argon, sowie auch aus Treibhausgasen. Die bekanntesten Treibhausgase sind im Allgemeinen die Gase

- Wasserdampf

- Stickoxide

- Kohlenstoffdioxid

- Methan

- Kohlenmonoxid

- Kohlenwasserstoffe (FCKWs)

- Ozon

Woher kommen einige diese Gase und welche Bedeutung haben sie?

Wasserdampf aus unseren Ozeanen ist in seiner Konzentration in der Luft zwar temperaturabhängig, aber im Mittel in der Luft dennoch in etwa stets gleich hoch. Wasser verbraucht Wärme bei der Verdunstung und gibt sie wieder ab, wenn es kondensiert (sich verflüssigt). Die dabei entstehenden Wolken üben einen starken Einfluss auf die bodennahen Temperaturen aus: Hohe Wolken reflektieren die vom Boden kommende Wärmestrahlung zurück und wärmen so unsere Luft, tiefe Wolken hingegen halten eher die Wärmestrahlung von der Sonne zum Erdboden hin ab und haben so einen kühlenden Effekt.

Stickoxide entstehen u. a. bei der Verbrennung von Benzin vor allem in Verkehr und Industrie und sind somit in den Abgasen enthalten, kommen aber auch natürlich vor. Sie sind beim Ozonaufbau von entscheidender Bedeutung.

Kohlendioxid entsteht bei der Verbrennung organischer Stoffe, sowie bei jeglicher (Zell)Atmung und trägt seinen Beitrag zum Treibhauseffekt insofern bei, als dass es die einfallende energiereiche (kurzwellige) Strahlung von der Sonne absorbiert und so die Luftmassen erwärmt.

Methan wird hauptsächlich in den Mägen der Wiederkäuer (Rinder) und beim Reisanbau in rauen Mengen erzeugt. Es schädigt die Ozonschicht in dem Maße, da es sich in Wasser aufspalten kann und so dann zum Abbau dessen beiträgt. Methan unterstützt außerdem den Treibhauseffekt (Klimaerwärmung).

Kohlenmonoxid entsteht bei Verbrennungen, bei denen die Temperatur zu niedrig liegt und dazu noch Sauerstoff fehlt. Es dient jedoch als wichtiger Katalysator (Stoff, der Reaktionen schneller möglich macht) beim Ozonaufbau.

FCKWs sind organische Verbindungen und kommen (zumindest früher noch) aus den Spraydosen, Feuerlöschern und Kühlmitteln, wo sie lange Zeit Verwendung gefunden haben. Sie sind sehr beständig und wirken auf den Ozonkreislauf störend, da sie Radikale freisetzen können, die bis zu hunderttausendfach (!) Ozon- Moleküle zerstören können: Ozonlöcher können dann dabei unter günstigen Umständen entstehen. Zudem verstärken sie den Treibhauseffekt.

Ozons selbst ist das Gas, das erst das Leben auf unserem Planeten möglich macht, da es die gefährliche UV- Strahlung weitgehend absorbiert und so einen gewissen Schutzmantel um die Erde bildet. Es entsteht in einem empfindlichen Gleichgewicht immer wieder neu und zerfällt aber auch wieder. Ozonentstehung und -abbau stellen sozusagen ein sich selbst regulierendes System dar.

Die Ozonschicht

Die Bildung der Ozonschicht hängt von zwei Faktoren ab:

- Anwesenheit von molekularem (freiem) Sauerstoff

- Einwirkung energiereicher UV- Strahlung von der Sonne

In mehreren Reaktionsschritten wird dabei mit Hilfe der genannten Treibhausgase in ihr Ozon aufgebaut und wieder abgebaut und bildet so unsere Schutzhülle.

Das Stickoxid wird unter UV- Einwirkung photolysiert (durch das Licht gespalten), die Sauerstoffatome reagieren dann miteinander zu Ozon. In der Folge reagiert das entstandene Stickstoffmonoxid wieder mit dem neu entstandenen Ozon und bildet sich so wieder zurück. Eine Nettoozonsynthese (also der Anteil an freiem Ozon in der Atmosphäre) tritt erst dann ein, wenn in der Luft zusätzlich zum Stickoxid Kohlenwasserstoff und/ oder Kohlenmonoxid vorhanden ist. Wenn das der Fall ist, kann die Ozonproduktion auf ein mehrfaches ansteigen und ein Nettogewinn an Ozon entsteht. Die beiden Moleküle dienen hier innerhalb der so genannten Ozonsynthese als Katalysatoren. Die Oxidation von Kohlenwasserstoffen durch OH- Radikale (freie Hydroxid- Ionen) zu Carbonylverbindungen führt ebenfalls zur Ozonentstehung. So ist im Laufe eines Tages ein photostationäres Gleichgewicht möglich.

Ein Beispiel der Ozonzerstörung durch Chlor und Methan:

Störende Einflüsse auf die Ozonentstehung, bzw. die Ozonschicht können hier die FCKW (Freon) nehmen. Sie spalten ein Chloratom ab, das bis zu hunderttausend Ozonmoleküle zerstören kann!

R1: O3 + Cl - O2 + ClO

R2: ClO + O - Cl + O2

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R: CH4 + O2 - CO2 + 2H2O

Das Methan nimmt sozusagen den für die Ozonbildung notwendigen Sauerstoff bereits vorweg, da es vollständig zu Wasser und Kohlenstoffdioxyd verbrennt und macht daher weitere Folgereaktionen gar nicht erst weiter möglich. Der Flugverkehr trägt in dieser Hinsicht nicht unerheblich zur Zerstörung unserer Ozonschicht bei, da gerade er die schädlichen Gase dort hinein verfrachtet, wo sie am Effektivsten wirken können: in die Ozonschicht.

Auswirkung auf das Leben auf der Erde

Man hat berechnet, dass ohne den Einfluss der Klimaerwärmung sich die Ozonschicht im Jahre 2040 fast vollständig von den das Ozon schädigenden Emissionen der Industrie wieder regeneriert hätte. Dieser Effekt wird jedoch durch die Treibhausgase wieder zunichte gemacht:

- Klimaerwärmung mit Abschmelzen der Polkappen - Meeresspiegelanstieg, gleichzeitig Vergrößerung der globalen Wüstengürtel - Hungerkatastrophen vergrößern sich durch eine Vergrößerung des Mangels an Nahrungsgrundlagen für Mensch und Tier.

- Umkippen des globalen Golfstromnetzes bedingt zwangsläufig die großflächige Verlagerung von Klima- und Vegetationszonen und vermehrtes Artensterben als Folgen der Klimaerwärmung.

- Die Verlagerung von Vegetationszonen und damit auch zwangsläufig von Agrarzonen lassen die Anbaueinbußen drastisch erhöhen.

- Vermehrtes Durchdringen von schädlichen Strahlen durch Vergrößerung des Ozonlochs (UVB- + UVC- Strahlen) schaffen eine erhöhte Gefahr von Erbgutschäden an den Lebewesen und damit zu Krebsentstehungen (Hautkrebs). Artensterben kann ebenfalls eine Folge sein, da manche Tiere und Pflanzen auf Veränderungen im UV- Haushalt hochempfindlich reagieren.

- Verstärkung von Wetterextremen (Hitze, Kälte, Stürme, Trockenheit, Niederschläge, Smog) durch eine größere Dynamik innerhalb der Atmosphäre ist möglich. Erhöhung von Krankheitsraten und Organschäden an Pflanzen und Tieren, die durch Luftverunreinigungen ausgelöst werden, wie z. B. durch Staub (z. B. Asthma, Blattwelke).

- Gefahr des Auftretens von Klimaflüchtlingen und damit verbunden von politischen Krisen als langjährige Folge der Klimaerwärmung.

So bleiben auch heute noch die Folgen der Luftverschmutzung und damit der Klimaerwärmung unabsehbar. Unsere Luft rein zu halten und somit das Klima zu schützen ist nicht nur Aufgabe von Staat und Wirtschaft, sondern geht jeden Einzelnen etwas an!



Boris Starke, München-Laim

Deutschland