Zusammensetzung der Atmosphäre

Die Atmosphäre in ihrer heutigen Form besteht überwiegend aus Stickstoff und Sauerstoff Ein weiteres wichtiges Gas in der Atmosphäre ist das Kohlendioxid. Es liegt zwar nur zu etwa 0,035% vor, ist aber für Pflanzen lebenswichtig. Seine Konzentration ist seit Beginn der Industrialisierung kontinuierlich gestiegen (ca. um 1850: 0,029 %). Als Ursache dieses Anstieges nimmt man die Verbrennung fossiler Energieträger durch den Menschen an.

Natürlich enthält die Luft beträchtliche Mengen Wasserdampf (meist mehrere %), die aber mit der Temperatur und Wetterlage ständig sehr stark schwanken. Deswegen kann der genaue Prozentanteil nie genau bestimmt werden und daher ist die Zusammensetzung der Luft immer in trockenen Zustand angegeben.

Die Luft enthält aber noch weitere Spurengase: Argon, Neon, Helium, Krypton, Xenon, Methan, H20, Ozon, Stickstoffoxide, Kohlenmonoxid, Ammoniak.

Besonders wichtig unter den Spurengasen ist das Ozon 03

Dies ist ein farbloses, geruchsintensives und äußerst giftiges Gas. Der Geruch des Ozons (Name von griech.: ozein = nach etwas riechen) wird je nach Konzentration als nelken-, heu, chlorähnlich oder als nach Stickoxiden riechend beschrieben. Es ist eines der stärksten Oxidationsmittel und wird zur Bleichung und Desinfektion verwendet. Aber das wichtigste Anwendungsgebiet von Ozon ist die Reinigung von Trinkwasser.

Das Ozon entsteht durch Einwirkung kurzwelliger UV- Strahlen in der Stratosphäre aus dem Luftsauerstoff ( 0₂), oder durch elektrische Entladungen (z.B. durch einen Blitz).

Eine sogenannte Ozonschicht entsteht in höheren Schichten der Atmosphäre. Diese befindet sich ungefähr 20-50 km über der Erdoberfläche rund um die ganze Welt.

Das Ozonmolekül ist ein ausgezeichneter Absorber für diese UV- Strahlung, die besonders gesundheitsschädlich ist und bei ungehindertem Eindringen Hautkrebs verursacht. Auch Sauerstoff selbst ist ein UV- Absorber, aber bei weitem nicht so wirkungsvoll wie das Ozon. Diese Ozonschicht bildet also einen Schutz vor energiereicher Strahlung. Sie wird aber durch verschiedene, durch menschliche Aktivitäten emittierte Gase angegriffen und abgebaut. Hier sind vor allem die Flurchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) zu nennen. Sie werden in der Stratosphäre photochemisch zersetzt, wobei Chloratome entstehen. Diese haben eine katalytische Wirkung auf die Zerlegung von Ozon in Sauerstoff

Wie stark dieser Ozonabbau schon fortgeschritten ist, wurde durch die Entdeckung des ,,Ozonlochs" über der Antarktis bewußt. Seit 1975, dem ersten Jahr mit kontinuierlichen Beobachtungen, haben die Ozonwerte im antarktischen Frühjahr ( September ) jährlich stärker abgenommen. Sie betragen heute nur mehr 50% des ursprünglichen Wertes. Ms Grund nimmt man an, dass die Stickstoffoxide zusammen mit Wassermolekülen bei den extrem tiefen Temperaturen zu dieser Jahreszeit zu fester Salpetersäure frieren (polare Stratosphärenwolken). Die Stickstoffoxide, obwohl selbst ozonabbauend, stören die katalytische Wirkung des Chlors beim Ozonanbau. Fehlen sie, so wird das Chlor wirksamer als bei ihrer Anwesenheit.

Aus diesem Grund ist der Einsatz von FCKWs in Spraydosen als Treibgas in Österreich verboten, und auch die Verwendung zum Kunststoffschäumen wird eingeschränkt. Ms Wärmeüberträgergas in Kühlschränken müssen diese Substanzen verpflichtend recycelt werden.

Neuerdings werden auch über der Arktis im Winter und Frühjahr sinkende Ozonwerte festgestellt, wenn auch nicht in dem Ausmaß wie über der Antarktis. Würde man den Einsatz von FCKWs weltweit sofort beenden, blieben die in der Atmosphäre befindlichen Mengen entsprechend Schätzungen allerdings noch etwa ein Jahrhundert wirksam.

Smog: aus eng.: smoke = Rauch u. fog = Nebel; zusammengezogenes Wort für eine bestimmte unangenehme, direkt wahrnehmbare Form der Luftverunreinigung, die entsteht, wenn Abgase, Ruß und Asche bei bestimmten Wetterlagen nicht abziehen können. Er verursacht Augenreizungen, Kopfschmerzen und Lungenschäden.

Ausgangsstoffe für den photochemischen Smog (,,bodennahe Ozon") sind die Stickoxide und Kohlenwasserstoffe (KW). Die Kohlenwasserstoffbelastung stammt vor allem aus den Verbrennungsrückständen in Abgasen der Motoren, aus industriellen Emissionen und auch aus natürlichen Quellen wie die Emission von Terpenen durch Pflanzen bzw. Wälder.

Aus diesen Ausgangsstoffen bilden sich mit dem UV- Anteil des Sonnenlichtes Stoffe, die man als Photooxidantien (aggressives Gemisch) bezeichnet, in dem sich Ozon befindet. Weiters werden organische Peroxide wie das Peroxyacetylnitrat gebildet, das aus den Kohlenwasserstoffen und Stickstoffen unter Beteiligung von Ozon entsteht. Diese Peroxide sind ihrerseits wieder unter UV- Einfluß an der Ozonentstehung beteiligt.

Da für den Ozonnachweis besonders genaue analytische Methoden zur Verfügung stehen, wird meist nur der Ozonwert gemessen. Er dient dann als Maß für den gesamten photochemischen Smog. Man spricht von Ozonbelastung durch ,,bodennahes Ozon', um es von dem erwünschten stratosphärischen Ozon zu unterscheiden.

Ozon- Vorwarnstufe: es wird empfohlen, kranken und empfindlichen Personen, anstrengende Tätigkeiten im Freien zu unterlassen.

1. Warnstufe:  gilt auch für gesunde Menschen

2. Warnstufe: der Bevölkerung wird empfohlen, den Aufenthalt im Freien überhaupt zu meiden.

Problematik:

Die Spitzenbelastungen durch Ozon treten häufig nicht in großen Städten mit dem größten Verkehrsbelastungen auf, sondern in deren Umland, da die Ozonbildung erst nach einigen Stunden unter UV-Bestrahlung ihren Höhepunkt erreicht. In der Zeit sind die Schadstoffe bereits verfrachtet. Beschränkungen der Emissionen bei Überschreitung der Grenzwerte (meist am Nachmittag) sind dabei wirkungslos. Der Ozonabbau wird von den selben Stoffen bewirkt wie die Ozonbildung. Eine Reduktion der Schadstoffe in den Nachmittagsstunden verlangsamt sogar den Ozonabbau, der bei Nachlassen der UV- Einstrahlung eintritt. Wirkungsvoll wären Emissionsbeschränkungen in den Vormittagsstunden, in denen noch keine Grenzüberschreitung vorliegt.