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Obere AtmosphäreBasis |
Fluorchlorkohlenwasserstoffe FCKW und das OzonlochDie Geschichte des Ozonlochs ist ein gutes Beispiel dafür, wie eine anscheinend harmlose Klasse von Chemikalien zu einer wirklichen Gefahr für das Leben auf der Erde werden konnte und wie Regierungen, Industrie und die Gesellschaft zusammenarbeiteten, um dieses Problem bewusst zu machen und zu lösen. |
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Wir können hieraus lernen, dass alle Veränderungen, die der Mensch im Klimasystem vornimmt, ein natürliches Gleichgewicht in unvorhergesehener Weise stören können. Zum anderen kann aber auch eine zielstrebige Zusammenarbeit der Weltgemeinschaft erreichen, dass Umweltprobleme effektiv angegangen werden.
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Nutzung und Eigenschaften von FCKWFluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sind voll halogenierte Kohlenstoffverbindungen wie CFCl3 oder CF2Cl2. Kommerziell, obwohl eigentlich ein Markenname, hat sich die Bezeichnung FREON eingebürgert. FCKW wurden in einer Fülle von Fabrikationsschritten, als Kühlmittel, als Lösemittel in der Elektronindustrie, als Schaumbildner, Treibgase, Feuerlöschmittel, Trockenreinigungsgase sowie in der Herstellung und Nutzung von Isolierschäumen für Gebäude und Haushalt und von Verpackungsschaumstoffen genutzt. |
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Aktuelle Entwicklung auf dem Markt Die Produktion von FCKW ist weitgehend verboten. Sie wurden durch teilhalognierte Kohlenwasserstoffe (H-FKW, H-FCKW*) oder andere Substanzen ersetzt. Aber auch H-FCKW tragen (in geringerem Maße) zur Ozonzerstörung bei. Sowohl H-FCKW als auch H-FKW sind Treibhausgase. Zudem sind noch viele FCKW im Umlauf bzw. in bislang nicht entsorgten Geräten gespeichert. Hierdurch ergibt sich ein komplexes Bild für die Menge, die noch in die Atmosphäre gelangt. * H-FCKW = teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe, H-FKW = teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe |
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2. Flussdiagramm von halogenierten Verbindungen mit Auswirkung auf den Treibhauseffekt und partiell das Ozonloch. Quelle: IPCC/TEAP fig. SPM-1 |
Während die Gefahr für die Ozonschicht allmählich sinken wird, dadurch dass die FCKW-Vorräte über die nächsten Jahre abgebaut werden, bleibt die Problematik der Treibhauswirkung erhalten. Die Ersatzstoffe haben immer noch ein großes Erderwärmungspotential und die Nachfrage nach Klimaanlagen in Autos und in Häusern sowie nach Kühlgeräten wird tendenziell eher steigen. |
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4. Speicher und jährliche Emissionen aller halogenierten Verbindungen nach Sektoren zusammengefasst. Hauptanwendungen sind Klimaanlagen und Kühlgeräte. Die Größen sind in CO2-Äquivalenten ausgedrückt, d.h. auf die Menge CO2 umgerechnet, die die gleiche Treibhauswirkung hat. Zum Vergleich: Die jährlichen CO2 Emissionen aus menschlicher Aktivität liegen bei ca. 7 GtC.
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Das stratosphärische Schicksal der FCKWDa das starke UV-B Licht von der Sonne durch die Ozonschicht in der Stratosphäre abgefangen wird, ist die Strahlung, die die Troposphäre erreicht, zu schwach, um die FCKW in nennenswertem Maße abzubauen. So drangen sie nach und nach in die Stratosphäre ein, wo nun allerdings diese Abbauprozesse abliefen. Denn hier gibt es ja starkes UV Licht.
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Die chemischen ReaktionenOzon befindet sich in der Ozonschicht in einem Zustand des Gleichgewichtes. Durch UV Licht wird es ab- und wieder aufgebaut. Chlorradikale (Cl |
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) sind Katalysatoren, die in einer Kettenreaktion ausschließlich zum Abbau des Ozons führen, aber nicht zu neuem Aufbau. Sie sind deshalb im Ozonabbau so erfolgreich, weil sie während der chemischen Reaktion selbst nicht verbraucht sondern immer wieder recycelt werden.
Die BedingungenDer Abbau der FCKW führt nach weiteren Reaktionen zu ClO
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1) Eine Bedingung sind die extrem niedrigen Temperaturen von etwa -80°C oder darunter, die während der Polarnacht über der Antarktis herrschen. Unter solchen Bedingungen bilden Salpetersäure und Wasser stratosphärische Eiswolken, die bei höheren Temperaturen nicht mehr stabil blieben. An der Oberfläche solcher Wolken können sich HCl und ClONO2 chemisch zu Salpetersäure und reinem Chlor Cl2 umsetzen.
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Wie oben gesehen ist es das Chlorradikal, das vor allem zum Ozonabbau beiträgt. Es bildet sich aber erst dann, wenn das notwendige Sonnenlicht für die Chlorspaltung verfügbar ist, d.h. im antarktischen Frühling. Deshalb beobachten wir seine Bildung jedes Jahr im September und Oktober. Der Abbau läuft auch nur so lange ab, bis andere Reaktionspartner in den Eiswolken aufgetaut sind und die Chlorradikale anderweitig reagieren können.
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3) Schließlich hatte man das Ausmaß eines möglichen Ozonabbaus in der Höhe zwischen 14 und 22 km unterschätzt, weil die Bildung von ClO Wie wir sehen, sind die Bedingungen (tiefe Temperatur, Eiswolken, polarer Wirbel gefolgt vom polaren Sonnenaufgang) für einen derart starken Ozonabbau so speziell, dass dieser Prozess nie vorhergesagt worden wäre, bis Forscher ihn real beobachteten. |
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MPEG-1 Film des Ozonlochs 2006. Bereitgestellt von NASA Ozone Hole Watch. Hier finden sich weitere Film-Animationen: -> NASA Ozone Hole Watch Webseite |
Die Zukunft des OzonlochsDer Einsatz von FCKW ist mittlerweile weltweit verboten, gemäß dem Montrealer Protokoll zu Substanzen, die die Ozonschicht abbauen von 1987 und weiteren Vereinbarungen. Auf Grund ihrer langen Lebensdauer wird es noch etwa 50 Jahre dauern, bis die bis dato freigesetzten FCKW aus der Stratosphäre entfernt sind und sich in der Ozonschicht hoffentlich wieder ein stabiles Gleichgewicht einstellt. Wir nehmen an, dass das Ozonloch um das Jahr 2000 seine maximale Ausdehnung erreicht hat. Das Ozonloch der letzten Jahre war in seiner Größe recht stabil. Ausnahmen kann es jedoch immer geben. So wurde in 2002 fast überhaupt kein Ozonloch beobachtet, weil es unverhältnismäßig warm war und sich kein stabiler Polarwirbel ausgebildet hat. Ein Beispiel dafür, dass atmosphärische Prozesse immer unvorhergesehen ablaufen können. Danach jedoch kehrte das Loch wieder zu alter Größe zurück.
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Schülerarbeit zu Ozonloch und UV-Gefährdungen von Mensch und Natur:Powerpoint Presentation (3,6 MB)Ozzy Ozone Film in deutsch zum direkten Download HIER ANKLICKEN: Empfohlene weiterführende Literatur in englischer Sprache:
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