Die unterste Schicht der Atmosphäre der Erde, die Troposphäre, enthält etwa 90 Prozent der Luft. Sie ist in unseren Breitengraden nur etwa zehn Kilometer hoch. Sie besteht aus einem Gasgemisch, wobei Stickstoff mit 78 Prozent Anteil und Sauerstoff mit etwa 21 Prozent Anteil den Hauptanteil ausmachen. Neben dem Edelgas Argon und dem Kohlenstoffdioxid kommt das natürliche Ozon in der Troposphäre nur in einer Konzentration zwischen 40 bis 80 Mikrogramm (µg) pro Kubikmeter Luft vor, das sind 40 bis 80 Millionstel Gramm pro Kubikmeter Luft. 

Ozon ist eine besondere Form von Sauerstoff. In einem Molekül Ozon sind drei Sauerstoff-Atome miteinander verbunden, deshalb besitzt es die Formel O₃. Unter normalen Umständen ist Sauerstoff ein Molekül, in welchem zwei Sauerstoff-Atome miteinander chemisch gebunden sind. Unter der Einwirkung des UV-Lichts der Sonne, aber auch bei elektrischen Entladungen zum Beispiel bei Gewittern wird das Sauerstoff-Molekül aufgebrochen, dabei entstehen zwei einzelne Sauerstoff-Atome (a). Diese einzelnen Sauerstoff-Atome sind extrem reaktionsfreudig und verbinden sich mit den verbleibenden Sauerstoff-Molekülen zu Ozon-Molekülen (b).


Der Vorgang findet in der Natur in Bodennähe bei Gewitterentladungen statt. Auf diese Weise entsteht das Ozon auch in der Stratosphäre, in 15 bis 50 Kilometer Höhe, durch das hier intensiv strahlende UV-Licht der Sonne. Das Ozon erfüllt in der über der Troposphäre liegenden Stratosphäre eine lebenswichtige Aufgabe für die Lebewesen der Erde: Es wirkt als Filter und schirmt die energiereichen UV-B-Strahlen der Sonne um 95 bis 97 Prozent ab. Diese Strahlenart kann krankhafte Veränderungen der Zellen bei allen Lebewesen bewirken und ist an der Entstehung von Krebs beteiligt. Die noch energiereichere UV-C-Strahlung wird bereits in der Mesosphäre vollständig abgeschirmt.


Während das Ozon in der Stratosphäre lebenserhaltend wirkt, ist es in Bodennähe unerwünscht, da es ein starkes Atemgift ist. Schon eine Erhöhung der Ozonwerte auf über 100 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft kann bei ozonempfindlichen Personen zu Schleimhautreizungen, Kopfschmerzen, Atembeschwerden und Hustenreiz führen. 10 bis 30 Prozent der Bevölkerung gelten als ozonempfindlich. Ab Werten über 180 Mikrogramm pro Kubikmeter wird die Öffentlichkeit informiert, anstrengende Tätigkeiten im Freien sind zu vermeiden. Bei Werten über 360 Mikrogramm pro Kubikmeter ist die Lungenfunktion bereits um die Hälfte vermindert, dann besteht akute Ozongefahr.

Der Aufenthalt im Freien kann dann bleibende Lungenschäden oder Erbgutschäden nach sich ziehen. Seit 1995 wird das Ozon als krebserregende Substanz klassifiziert. Das Ozon ist nicht nur für die Menschen gefährlich, sondern es ist auch am Waldsterben beteiligt. Außerdem wirkt es als Treibhausgas und ist wie das Kohlendioxid und andere Schadstoffe am Treibhauseffekt beteiligt. Die erhöhten Ozonkonzentrationen im Sommer sind vor allem auf die Abgasemissionen des Straßenverkehrs zurückzuführen. Bei der Verbrennung von Benzin im Automotor entstehen immer in größeren Mengen Stickstoffoxide (NO, NO2). Die Stickstoffdioxid-Moleküle zerfallen unter dem Einfluss von UV-Licht in Stickstoffoxid und ein Sauerstoff-Atom (a). Das Sauerstoff-Atom verbindet sich mit einem Sauerstoffmolekül zu einem Ozon-Molekül (b). 


Das Vorhandensein der Stickstoffoxide und der Kohlenwasserstoffe aus Abgasen und die UV-Strahlung der Sonne begünstigen also das Entstehen von Ozon in Bodennähe. Aus diesem Grund steigen die Ozonwerte im Hochsommer besonders in der Umgebung von Ballungsgebieten mit viel Straßenverkehr. Weiträumige Versuche haben ergeben, dass die Ozonbelastung durch Fahrverbote erheblich vermindert werden kann. Doch langfristig kann das Problem nur durch eine neue Verkehrspolitik gelöst werden. Dazu gehören vor allem der Ausbau des öffentlichen Verkehrsnetzes, Geschwindigkeitsbeschränkungen und Förderung des Baus von sparsamen Autos.

Methan	Ethan	Propan	Butan

Der Mensch vermehrt durch sein rücksichtsloses Verhalten zur Umwelt das Ozon in Bodennähe, doch er zerstört gleichzeitig die Ozonschicht der Stratosphäre. Der Hauptverursacher für den Abbau der lebensnotwendigen Ozonschicht sind die FCKW, die Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Kohlenwasserstoffe sind organische Verbindungen, die sich aus Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomen zusammensetzen. Werden die Wasserstoff-Atome dieser Moleküle durch Halogen-Atome, zum Beispiel durch Fluor- oder Chlor-Atome ersetzt, erhält man Halogenkohlenwasserstoffe:

Name (IUPAC)	Bromtrifluormethan	Dichlordifluormethan	2-Brom-2-chlor-1,1,1-trifluorethan
Strukturformel
Trivialname	Halon 1301	Frigen 12, Freon	Halothan

Frigen wurde in großem Umfang als Treibgas in Spraydosen und als Kältemittel in Kühlschränken eingesetzt. In Deutschland wurden 1995 noch 16372 Tonnen FCKW verbraucht. Im gleichen Jahr wurden erstmals in Deutschland keine neuen FCKW mehr produziert. Mit der Verordnung vom 1. Oktober 2000 des Europäischen Parlaments Nr. 2037/2000 (mit Änderung vom 06. September 2006) haben sich die EU-Länder auf einen schrittweisen und totalen Ausstieg aus der Produktion ozonschädigender Stoffe bis ins Jahr 2026 verpflichtet. Dieser Vorgabe hat sich auch die Schweiz verpflichtet. Die Produktion und der Verbrauch der FCKW und weiterer Stoffe wie Tetrachlorkohlenstoff wurde schon mit Beendigung des Jahres 1995 verboten.


FCKW-Verbrauch in Deutschland im Jahr 1995
Quelle: Greenpeace-Studie, FCKW, 1995

Asthma-Aerosole	1010 Tonnen
Kunststoffschäume	6625 Tonnen
Kältemittel	8524 Tonnen
Laborzwecke	213 Tonnen
gesamter Verbrauch	16372 Tonnen

Die ozonschädigenden Stoffe steigen bis in die Ozonschicht und spalten dort durch die starke UV-Strahlung Chlor-Atome ab. Diese entreißen dem Ozon-Molekül ein Sauerstoff-Atom und oxidieren zu Chloroxid ClO:


Das entstehende Chloroxid zerfällt danach wieder in ein Chlor-Atom und Sauerstoff. Da das Chlor nach dieser Reaktion wieder unverändert vorliegt, kann es erneut ein Ozon-Molekül angreifen. Auf diese Weise kann ein einziges Chlor-Atom bis zu 100000 Ozon-Moleküle zerstören! Über der Antarktis entstand ab 1970 ein Ozonloch. Auch in Deutschland und über Europa ist seither eine deutliche Abnahme der Ozonschicht zu beobachten. Der Knick im Jahre 1991 wurde durch den Ausbruch des Vulkans Pinatubo auf den Philippinen verursacht. Auch die starke Abnahme im Jahre 1982 ist auf den Ausbruch des Vulkans El Chichón im Mexiko zurückzuführen. Insgesamt hat die Ozonschicht seit 1968 über dem Observatorium Hohenpeißenberg um 7% abgenommen.



Durch die Ausdünnung der Ozonschicht gelangt vor allem mehr UV-B-Strahlung auf die Erde. Diese Strahlung stellt für alle Lebewesen eine große Bedrohung dar.

> Sie verursacht stärkere Sonnenbrände und Hautkrebs.
> Sie schädigt die Augen, fördert den Grauen Star und kann bis zur Erblindung führen.
> Sie schwächt das Immunsystem und schädigt die Erbsubstanz.

Aufgrund der erhöhten UV-B-Strahlung ist es dringend ratsam, das Sonnenbaden vernünftig zu gestalten. Im Hochsommer sollten Sonnencremes mit hohem Lichtschutzfaktor und hochwertige Sonnenbrillen verwendet werden. Auf der südlichen Erdhalbkugel haben die Hautkrebserkrankungen und die Augenleiden aufgrund des Ozonlochs bereits dramatisch zugenommen. Eine weitere Gefahr besteht darin, dass die UV-B-Strahlung die Bodenbakterien abtötet. Der Boden wird unfruchtbar, es folgen Ernteausfälle.



Ergänzende Materialien

Diagramm: Ozonverlust in der Stratosphäre über Europa 1960 bis 1995
Diagramm: Rückgang der FCKW-Produktion in Deutschland 1986 bis 1995


Literaturquellen (Die Erstversion des Textes von 1991 wurde durch aktuelle Zahlen ergänzt.)

Dahlke, Ernst (1995): Der Ozon-Ratgeber, Südwest Verlag, München
Deutscher Wetterdienst (2017): Ozon-Jahresmittelwerte am Observatorium Hohenpeißenberg
Engelhardt, Wolfgang (1993): Umweltschutz, Bayerischer Schulbuchverlag, München
Gaber, Harald und Natsch, Bruno (1991): Gute Argumente: Klima, Beck'sche Reihe, München
Graedel, T.E. und Crutzen, Paul J. (1994): Chemie der Atmosphäre, Spektrum Verlag, Heidelberg
Greenpeace Hg. (1996): Ozonschicht, FCKW und Ozonloch, Hamburg
Greenpeace Hg. (1995): Greenpeace Studie, FCKW, keine Entwarnung für Ozonschicht und Erdklima, Hamburg/Berlin
Ministerium für Umwelt Hg. (ohne Jahrgang): UM-Kurzinfo OZON, Stuttgart
Presse und Informationsamt der Bundesregierung Hg. (1990): Umweltpolitik – Chancen für unsere Zukunft, Bonn
Stolarski, Richard S. (1988): Das Ozonloch über der Antarktis, in ZS Spektrum der Wissenschaf, Sonderdruck, Spektrum Verlag, Heidelberg
Umweltbundesamt Hg. (1996): Klimaveränderung und Ozonloch, Zeit zum Handeln, Berlin
Zeitbild Verlag Hg. (1990): Der Schutz unserer Erdatmosphäre, Zeitbild Verlag, Bonn