Das Ozonloch in der Antarktis

Es ist auf den ersten Blick sicherlich verwunderlich, daß das "Ozonloch" ausgerechnet am Südpol, über der Antarktis entsteht, Tausende von Kilometern entfernt von den Hauptemmissionsquellen wie Europa oder Nordamerika. Weshalb entsteht es dort und zur Zeit nur dort? Heute kennt man die Bedingungen, die für seine Entstehung wichtig sind:

1. Wichtigstes Element ist die Ausbildung einer über Monate stabilen Schicht mit einer Temperatur von -80 °C und darunter in der Stratosphäre. Solche Temperaturen werden nur gegen Ende des Winters an den Polen erreicht - nach monatelanger Polarnacht. Solche besonders stabilen Verhältnisse werden vor allem am Südpol erreicht.
2. In der normalerweise sehr trockenen und wolkenfreien Stratosphäre bildet sich ein dünner Wolkenschleier großer Ausdehnung. Diese Eiswolken binden nicht nur die vorhandenen NO_x-Moleküle, sondern auch ClONO₂ und HCl.
3. An der Oberfläche der Eispartikel wird durch die Reaktion

   CIONO2 + HCI (Eis)

   Cl2 + HNO3 (Eis)

   Chlor gebildet. Im arktischen Frühling ist dies eine besonders effektive Quelle für Cl- und ClO-Radikale, die in bekannter Weise das Ozon in hohem Umfang abbauen können. Die für einen möglichen Abbau der Radikale und damit Schutz des Ozons wichtigen Stickstoffoxide sind zu diesem Zeitpunkt noch in den kalten Wolken im Eis eingeschlossen und damit unwirksam.

4. In den Sommermonaten schließt sich das Ozonloch wieder: einmal sind die festgelegten "Schutzmoleküle" wieder frei, zum anderen begünstigt die stärkere Sonneneinstrahlung die Neubildung von Ozon. Außerdem besteht die stabile Luftschicht in der Stratosphäre nicht mehr, so daß ozonreichere Luft nachströmen kann.
5. Eine solch drastische Ozonabnahme wie am Südpol wurde auf der Nordhalbkugel nicht beobachtet. Zwar ist auch hier ein Rückgang festzustellen, doch ist es am Nordpol im Vergleich zum Südpol deutlich "wärmer", so daß sich dort keine stratosphärischen Wolken bilden können.

Abb. 7: Ozonwerte am Südpol: Jeweils im September und Oktober, vom 244. bis zum 304. Jahrestag der Jahre 1985 und 87, war das Ozon am Südpol deutlich reduziert. Dieses "Ozonloch" hat sich 1988 wieder weitgehend geschlossen.

(Bildquelle: EPA)

Es kann heute als gesichert angenommen werden, daß das Ozonloch, das in den letzten 10 Jahren im antarktischen Frühjahr aufgetreten ist, in erster Linie auf die stark gestiegenen Konzentrationen an CFKW's zurückzuführen ist. Auf eine rasche Besserung ist leider nicht zu hoffen, selbst wenn man von der (wenig realistischen) Annahme ausginge, alle Länder würden dem Beispiel der Bundesrepublik folgen und ab 1995 Produktion und Anwendung der CFKW's einstellen. Angesichts der langen Diffusionsdauer - es dauert 10 Jahre und mehr, bis die auf der Erde emittierten Gase in die Stratosphäre gelangen - und der langen Lebensdauer der CFKW's in der Stratosphäre (zum Teil mehr als 50 Jahre!), ist mit einer Besserung der Situation nicht kurzfristig, sondern erst in Jahrzehnten zu rechnen.

Während alle Medien vor der Zerstörung der Ozonschicht in der Stratosphäre warnen und befürchten, es sei "oben schon zu wenig Ozon", beklagen sich viele Bürger, Mediziner und Umweltschützer über "zuviel Ozon in der Luft" und geben "Ozonalarm". Haben früher viele Kurorte mit "ozonreicher" Luft geworben und Erholungssuchende angezogen, so formulieren sie heute Warnungen vor "zuviel Ozon", weil sie langsam aber sicher die ozonhaltige Luft bekommen, die sie - fälschlicherweise - früher immer angepriesen haben. Wie ist die paradoxe Situation zu erklären?

Ozon ist ein sehr starkes Oxidationsmittel und reagiert mit den meisten organischen Molekülen. Man verwendet es daher gern als wirksames Desinfektionsmittel in Schwimmbädern. Bei der Oxidation werden Gewebe von Tieren und Pflanzen geschädigt. Ist die Ozonkonzentration niedrig, können im Körper Anpassungsvorgänge als Reaktion auf dieses "aggressive Luftgift" ablaufen, so daß durch eine niedrige Dosis an Ozon die allgemeine körperliche Widerstandskraft gestärkt wird - daher die Werbung der Fremdenverkehrsorte mit "ozonhaltiger Luft". Bei höheren Konzentrationen ist der Körper jedoch nicht mehr in der Lage, diesen schädigenden Einfluß zu kompensieren. Ozon, über die Atemwege in die Lunge transportiert, schädigt das gesamte Bronchialsystem - im Extremfall kann es zu einem tödlichen Lungenödem kommen.

Dies ist bei den Konzentrationen, die bei uns in der Luft vorliegen, nicht zu befürchten, doch die heute gemessenen Werte liegen bereits über der Schwelle, die die Weltgesundheitsorganisation (WHO) für unbedenklich hält. Sie schätzt, daß ein Mensch bereits Gesundheitsschäden befürchten muß, wenn er sich 8 Stunden lang einer Ozonkonzentration von 100 mg/m³ aussetzt. In der Bundesrepublik ist ein Maximaler Immissions-Konzentrationswert (MIK-Wert) festgelegt: als 1/2-Stundenmittelwert sind 120 mg/m³ Ozon erlaubt, als 24-Stundenmittelwert gelten 50 mg/m³.

Ob diese Werte genügend niedrig angesetzt sind, wird von Umweltschützern bezweifelt. Tatsache ist, daß diese Grenzwerte bei uns häufig überschritten werden. In Mitteleuropa gelten inzwischen 30 bis 40 mg/m³ bei Schönwetter als normal. Nicht selten werden aber 100 mg/m³ und mehr erreicht (vgl. Tab. 6 und 7, Abb. 7a und b). Dies sind Werte, bei denen schädigende Einflüsse befürchtet werden müssen.

Tab. 6: Anzahl der Tage mit Überschreitungen von 180µg/m³ Ozon (Quelle: Umweltbundesamt)

Tab. 7: Anzahl der Tage mit Überschreitungen von 240 µg/m³ Ozon (Quelle: Umweltbundesamt)

Abb. 7a: Max. 1/2-Stundenwerte der Ozonkonzentration in mg/m³ an "city-nahen" Meßstellen (Quelle: Umweltbundesamt)

Abb. 7b: Max. 1/2-Stundenwerte der Ozonkonzentration in mg/m³ in ländlichen Meßstellen (Quelle: Umweltbundesamt)

Wer ist der Verursacher dieser hohen Ozonwerte? Die Antwort ist so einfach wie eindeutig: wir selbst. Da, wo viele Menschen zusammenleben, in Ballungsgebieten, in denen die Atmosphäre als "Abfalleimer" für alle möglichen gasförmigen Stoffe benutzt wird, sind die Bedingungen für die Ozonbildung am besten: viel Autoverkehr (mit Emission von Stickstoffdioxid und Kohlenwasserstoffen), Sommerwetter mit viel Sonnenschein (und damit UV-Strahlung) und der berüchtigte Photo-Smog oder Los Angeles-Smog.