Die Ozonschicht – der natürliche UV-Schutz der Erde

06. Juni 2019

Wer liebt sie nicht – unsere Sonne? Sobald sie scheint, zieht es uns nach draußen, um ein wenig Licht und Wärme zu tanken. Pflanzen brauchen sie, um wachsen zu können. Für uns Menschen ist sie z. B. für die Bildung des wichtigen Vitamin D essentiell. Allerdings bringt die Sonne auch einige Gesundheitsrisiken mit sich. Denn die ultraviolette Strahlung, kurz UV-Strahlung, ist schädlich für Haut und Augen. Ein Glück, dass es die Ozonschicht gibt, denn sie hält einen Großteil der aggressiven UV-Strahlen ab. Wie stark die Strahlung ist, die auf die Erdoberfläche gelangt, hängt dabei maßgeblich von der Stärke der Ozonschicht sowie von klimatischen Verhältnissen und dem Sonnenstand ab. Der atmosphärische Gesamtozongehalt schwankt dabei je nach Jahreszeit, was aber ganz natürlich ist. Bei einer geringeren Konzentration an Ozon in der Atmosphäre schaffen es jedoch mehr UVB-Strahlen auf die Erde und das Sonnenbrandrisiko steigt. Eine intakte Ozonschicht ist für uns lebenswichtig.

Die Erdatmosphäre – wo befindet sich die Ozonschicht?

Um sich vorstellen zu können, wo sich die Ozonschicht eigentlich befindet, muss man zuerst einmal wissen, wie sich unsere Atmosphäre zusammensetzt. Diese „Hülle“, die unsere Erde umgibt, erstreckt sich dabei über eine Höhe von 10.000 Kilometern.

Die Troposphäre

Ab Meeresspiegel bis in eine Höhe von ca. 15 km, erstreckt sich die Troposphäre. In diesem untersten Teil der Atmosphäre spielt sich das Wetter ab, hier leben wir. Je höher man in der Troposphäre aufsteigt, desto kälter wird es. Am oberen Ende dieser Schicht können niedrige Temperaturen von bis zu minus 80 °C auftreten!

Die Stratosphäre

In einer Höhe von 15 bis 50 Kilometern befindet sich die Stratosphäre inklusive Ozonschicht in den mittleren Breiten. Das Interessante an dieser Schicht ist ihre Temperatur. Denn mit Beginn der Stratosphäre beginnt diese wieder zu steigen! Wie das sein kann? Dafür ist die Ozonschicht verantwortlich. Die ultraviolette Strahlung der Sonne wird in der Ozonschicht absorbiert und wandelt sich in Wärme um. Da die Stratosphäre kaum Wasserdampf enthält, gibt es hier auch keine wirkliche Wetterbildung. Man kennt das aus dem Flugzeug, dass am oberen Ende der Troposphäre in ca. 10 km Höhe fliegt. Schon hier lässt man Wolken und Regen „unter“ sich.

Die Mesosphäre

In ca. 50 bis 85 km über dem Meeresspiegel finden wir die Mesosphäre. Hier verglühen kleine Gesteinsbrocken, die auf die Erde stürzen und sich uns als Sternschnuppen zeigen. Diese „Meteore“ sind das Abfallprodukt von vorüberziehenden Kometen. Bekannt sind hier zum Beispiel die Perseiden, ein Meteorstrom, der sich uns als Sternschnuppenregen im August zeigt. Ozon kommt in der Mesosphäre kaum noch vor, die Temperatur sinkt aus diesem Grund wieder bis zu minus 100 °C.

Die Thermosphäre

In dieser Schicht tummelt sich zum Beispiel die internationale Raumstation ISS. Die Schicht selbst erstreckt sich über eine Höhe von ca. 85 bis 500 Kilometern. Die Luft ist hier extrem dünn. Interessanterweise steigt in der Thermosphäre die Temperatur auf bis zu 1700 °C. Das klingt heiß. In dieser Höhe greift unser Verständnis von Hitze allerdings nicht mehr, da sich die Gradzahl lediglich aus der schnellen Bewegung der Gasteilchen ergibt. Zwischen diesen Teilchen ist aber soviel Platz, nämlich mehrere Kilometer, dass es kaum mehr zum Zusammenstoß der Teilchen oder einem Energieaustausch kommt.

Die Exosphäre

Die äußerste Schicht unserer Erdatmosphäre befindet sich in einer Höhe von ca. 500 bis 10.000 Kilometern. Die Erdanziehung wird hier mit zunehmender Höhe schwächer und Gasmoleküle entweichen ins All. Hier findet der nahtlose Übergang ins Weltall statt.

Das ABC der UV-Strahlung

Das Sonnenlicht teilt sich in sichtbares, infrarotes sowie ultraviolettes Licht. Das ultraviolette Licht, auch UV-Strahlung genannt, lässt sich noch in die UVA-, UVB- und die UVC-Strahlung unterteilen. Nach Dr. Cornelia Baldermann vom Bundesamt für Strahlenschutz sind die UVB-Strahlen für den Menschen am gefährlichsten. Aber auch die UVA-Strahlen haben es in sich.

  • UVA-Strahlung: Lange Zeit verharmlost, gelten die UVA-Strahlen nun doch als gefährlich. Die langwellige UVA-Strahlung gelangt bis auf die Erdoberfläche und dringt bis in die tiefen Schichten unserer Haut vor: bis zur Lederhaut und zum Bindegewebe. Das sich dort befindliche Kollagen wird beschädigt – vorzeitige Hautalterung und Faltenbildung sind nach Baldermann die Folge. Auch das Erbgut kann beschädigt werden.
  • UVB-Strahlung: Die UVB-Strahlung dringt nicht ganz so tief in unsere Haut ein, wie die UVA-Strahlen. Sie ist kurzwelliger, energiereicher und hauptsächlich für Sonnenbrände verantwortlich. Die UVB-Strahlung kann unser Erbgut direkt beschädigen und gilt daher als besonders gefährlich. Die Schäden kann unser Körper normalerweise gut reparieren. Bei einer Überbelastung mit UV-Strahlung kommt es aber zu Fehlern. Schäden bleiben bestehen und das Hautkrebsrisiko steigt. Die Ozonschicht schützt uns vor einem Großteil der UVB-Strahlung.
  • UVC-Strahlung: Die UVC-Strahlung ist kurzwellig und besonders energiereich, schafft es aber dank Ozonschicht nicht bis auf die Erdoberfläche.

Ozon – Fluch und Segen zugleich?

Ozon ist ein Molekül, das aus drei Sauerstoffatomen besteht. Es gehört zu den wichtigsten Spurengasen unserer Atmosphäre. Die UV-Strahlung der Sonne spaltet in der Stratosphäre, ca. in 20 bis 30 Kilometern Höhe über unseren Köpfen, den Luftsauerstoff O2 in seine beiden Atome auf. Die nun einzelnen Sauerstoffatome schließen sich schnell mit anderen O2-Molekülen zusammen und Ozon entsteht: Die chemische Formel lautet O3. Das Sonnenlicht kann aber auch das Ozonmolekül wieder spalten und hält somit die Ozonkonzentration konstant. In der Stratosphäre herrscht eine hohe Konzentration an Ozon: unsere Ozonschicht. Sie schirmt einen Großteil der gefährlichen UV- Strahlung der Sonne ab.

Bodennahes Ozon dagegen ist alles andere als gut für uns – und überwiegend menschengemacht. Denn Ozon bildet sich in der Troposphäre nur unter bestimmten Bedingungen: Maßgeblich daran beteiligt sind eine starke Sonneneinstrahlung sowie Stickstoffoxide und Kohlenwasserstoffe, die in Abgasen von Kraftfahrzeugen, Kraftwerken oder von Kohle-, Öl- oder Gasverbrennungsanlagen enthalten sind. Erhöhte Ozonwerte in Bodennähe verursachen den sogenannten „Sommersmog“. Dieser kann für Menschen gesundheitsschädigend sein und z. B. Kopfschmerzen, Augenbrennen oder lebensbedrohliche Atembeschwerden verursachen.

Was bedeutet der UV-Index? Was sind Ozonwerte?

Um immer über mögliche Umweltbelastungen durch erhöhte UV-Strahlung oder Ozonwerte informiert zu sein, bieten verschiedene Onlinedienste die Möglichkeit jederzeit den Tagesstand abzurufen.

  • Der UV-Index zeigt wie hoch die UV-Strahlung für einen bestimmten Tag und einen bestimmten Ort ausfällt. Eine Skala von eins bis elf zeigt dabei den Grad der gesundheitlichen Gefährdung an. Am UV-Index können Eltern oder Erzieher ablesen, welche Sonnenschutzmaßnahmen für Kinder zu treffen sind. Vor allem an bewölkten Tagen kann der UV-Index hilfreich sein. Denn oft ist die UV-Strahlung höher als angenommen.
  • Auch die tagesaktuellen Ozonwerte helfen ein gesundheitliches Risiko abzuschätzen. Messstationen in ganz Deutschland überwachen dabei die bodennahe Ozonkonzentration und schreiben bei Überschreitung von Schwellenwerten (Werte über 180 µg/m³) eine Ozon-Warnung aus. Seit knapp 30 Jahren haben Ozon-Spitzenwerte allerdings deutlich abgenommen. Zum Schutz der Gesundheit wurde 2010 europaweit ein Zielwert von 120 µg/m³ als Acht-Stunden-Mittelwert festgesetzt. Dennoch wird dieser immer wieder überschritten.

Das Ozonloch – damals und heute

In den 70er Jahren war die Ozonschicht noch in jedermanns Munde. Denn Wissenschaftler hatten bemerkt, dass der lebenswichtige UV-Filter immer dünner wird – über der Antarktis hatte sich ein Ozonloch gebildet. Ursache waren Fluorchlorkohlenwasserstoffe, kurz FCKWs. Allein ein Chloratom kann dabei an die 100.000 Ozonmoleküle vernichten. Um ein weiteres Ausdünnen der Ozonschicht zu verhindern, beschlossen 1987 die Vereinten Nationen im „Montrealer Protokoll“ ozonschädliche Substanzen auf der ganzen Welt zu verbieten. Das Abkommen zeigte Erfolg. Nach einer Studie des Massachusetts Institute of Technology (MIT) von 2016 erholt sich die Ozonschicht allmählich wieder. Doch scheinbar nicht überall.

Nach einer aktuellen Studie im Fachblatt „Atmospheric Chemistry and Physics“ regeneriert sich zwar die Ozonschicht an den Polen, aber nicht über den mittleren und tropischen Breitengraden, den am dichtesten besiedelten Gebieten der Welt. Die Ozonschicht in der unteren Hälfte der Stratosphäre scheint weiter zu schwinden. Warum das so ist, wissen Forscher noch nicht. Es wird spekuliert, dass die Veränderungen des Klimas, die damit verbundenen globalen Strömungsmuster und FCKW-Ersatzstoffe ursächlich sein könnten.

Fazit: Die Ozonschicht und der Klimawandel

Der Klimawandel und das Ozonloch sind zwei unterschiedliche Folgen der Industrialisierung. Für das Ozonloch ist hauptsächlich die nun verbotene Nutzung von FKCWs verantwortlich. Doch auch heute verwendete Ersatzsubstanzen belasten unseren naturgemachten Sonnenschutz weiterhin. Für den Klimawandel ist dagegen die Emission von Treibhausgasen verantwortlich. Dennoch beeinflussen sich Klimawandel und Ozonschicht auch gegenseitig. Beide Phänomene stellen für unser körperliches Wohlbefinden eine Gefahr dar. Steigende Temperaturen bedeuten mehr Sonnentage und mehr Hitze. Sie begünstigen auch die Entstehung des gefährlichen Sommersmogs. Eine ausgedünnte Ozonschicht lässt mehr UVB-Strahlen durch und erhöht das Sonnenbrand- sowie Hautkrebsrisiko. Deshalb empfiehlt es sich stets den UV-Index und die Ozonwerte im Blick zu haben und bei hohen Werten für entsprechende Sonnenschutzmaßnahmen zu sorgen, um z. B. einem Sonnenbrand vorzubeugen – gerade bei Kindern.

Auch Spielplatzbetreiber, Kindergärten, KiTas und Schulen sollten darauf achten, dass Außenspielbereiche mit geeigneten Sonnenschutzmaßnahmen versehen sind:

Bild: vvvita / Essentials Kollektion / istockphoto.com

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