Einleitung: Die Ozonschicht

Die Lufthülle der Erde (Atmosphäre) heißt bis in 10-12 km Höhe Troposphäre und zwischen 10-12 bis 50 km Höhe Stratosphäre. Die Stratosphäre enthält neben den bekannten Luftbestandteilen auffällig viele Ozonteilchen. 90 Prozent des gesamten Ozons der Atmosphäre sind in der Stratosphäre konzentriert. Sie heißt daher auch "Ozonschicht". Der Begriff ist etwas irreführend. Denn die Stratosphäre besteht (wie die Troposphäre darunter) zu 99% aus Stickstoff und Sauerstoff. Auf 1 Million Luftteilchen kommen in der Ozonschicht nur wenige Teilchen bzw. Moleküle Ozon.

Eingangsbild. Der Aufbau der Atmosphäre vom Erdboden bis in 400 km Höhe. Die Stratosphäre ist die Luftschicht zwischen 10 und 50 km Höhe. Sie enthält 90 Prozent des gesamten Ozons der Atmosphäre und wird darum Ozonschicht genannt. Die Troposphäre (bis 10 km Höhe) ist der Bereich des Wettergeschehens. Bildquelle:http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/tour_images/atmosphere.gif

Würde das gesamte Ozon, das sich bis 50 km Höhe über der Erdoberfläche befindet, auf Normaldruck - bei 0°C - zusammengedrückt, ergäbe sich eine Schichtdicke von nur 3 Millimetern. Tatsächlich rechnen die Wissenschaftler so und nennen eine Ozondicke von 1 Millimeter 100 Dobson Units (DU) - nach dem Ozonforscher Dobson. Die mittlere gobale Ozonkonzentration liegt bei 300 Dobson Units.

Die 300 DU oder drei Millimeter Schichtdicke bedeuten: Eine Luftsäule, die über einem Quadratmeter Erdoberfläche 60 km in die Höhe ragt, enthält ganze 6,42 Gramm Ozon. Allerdings ist das Gesamtgewicht des den Globus umgebenden Ozons keineswegs gering: 3 Milliarden Tonnen. Und zahlreich sind die winzigen Ozonteilchen (Ozonmoleküle) auch: Pro Kubikzentimeter beträgt die Ozonkonzentration in der Stratosphäre bis zu 6 x 1012 Teilchen, das sind bis zu 6 Billionen pro cm3.

Abb. 1. Ozonkonzentration bis 60 km über der Erdoberfläche. Links: Bis 20 km Höhe nehmen die Ozonmoleküle pro cm3 auf fast 6 x 1012 zu, in größerer Höhe nehmen sie wieder ab. Mitte: Die Ozon-Volumenanteile an der Lufthülle steigen bis 8 ppm (parts per million), und zwar wachsend bis in fast 40 km Höhe, weil die Ozonmoleküle nach oben nicht so schnell abnehmen wie die übrigen Luftbestandteile, auf die sie bezogen werden. Rechts: Die Temperatur der Stratosphäre steigt ab 10-12 km nach oben hin von -60 bis auf 0°C. Quelle: NASA GSFC 1999.

Der Ozongehalt der Stratosphäre schwankt sehr stark in Abhängigkeit von der Höhe über dem Erdboden. Die meisten Ozonmoleküle pro Kubikzentimeter befinden sich in ca. 20 km Höhe. Oberhalb 20 km nehmen sie wieder ab. Bezogen auf das umgebende Luftvolumen erreicht die Ozonkonzentration dagegen erst bei ca. 40 km ihr Maximum von 8 ppmv (parts per million volume). Grund: Die Konzentration der übrigen Gasbestandteile der Stratosphäre nimmt rascher ab als die des Ozons.

Das Ozonmolekül absorbiert energiereiche Strahlung bei 280 bis 320 nm und strahlt sie wieder als Wärme ab. Das hat zur Folge, daß sich die Stratosphäre nach oben hin aufwärmt, und zwar von minus 60°C bis 0°C (in 50 km Höhe). Zugleich halten die Ozonmoleküle damit die energiereiche UV-B-Sonnenstrahlung im kurzen Wellenlängenbereich von 280 bis 320 Nanometer (nm) von der Erdoberfläche ab. Dies ist so wichtig, weil diese kurzwellige UV-Strahlung die in den Zellen lebendiger Organismen enthaltene Erbsubstanz (DNA-Moleküle) schädigt und bei genügend langer Einwirkung zu Zellveränderungen führt.

Pflanzliches, tierisches und später auch menschliches Leben außerhalb des Wassers wurde auf der Erde erst möglich, als sich vor rund 1 Milliarde Jahren genug schützendes Ozon in der Stratosphäre angesammelt hatte.