Ozonloch FCKW: Ursache, Reaktion und heutiger Stand

In 15 bis 35 Kilometern Höhe, in der Stratosphäre, liegt die Ozonschicht. Ozon ist ein Molekül aus drei Sauerstoffatomen, O3. Es verschluckt den größten Teil der energiereichen UV-Strahlung der Sonne. Ohne diese Schicht würde mehr UV-Licht den Boden erreichen, das Hautkrebs, Augenschäden und Schäden an Pflanzen und Meeresplankton verursacht.

Die Ozonschicht ist ein Gleichgewicht. UV-Licht spaltet Sauerstoffmoleküle in zwei Atome, O2 ergibt 2 O. Ein Sauerstoffatom verbindet sich mit einem O2 zu Ozon, O + O2 ergibt O3. Ozon wiederum nimmt UV-Licht auf und zerfällt. Entstehung und Zerfall halten sich normalerweise die Waage. Die Schicht ist außerdem sehr dünn: Würde man das gesamte Ozon der Atmosphäre unter normalem Druck am Boden sammeln, wäre die Schicht nur wenige Millimeter dick.

Dieses Gleichgewicht stört der Mensch durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe, kurz FCKW. Diese Gase enthalten Kohlenstoff, Fluor und Chlor. Sie wurden ab den 1930er-Jahren als Kältemittel, Treibgas in Spraydosen und zum Aufschäumen von Dämmstoffen genutzt, weil sie nicht brennbar, nicht giftig und sehr stabil sind.

Ozon ist nicht per se gut oder schlecht, es kommt auf den Ort an. In der Stratosphäre schützt es. In Bodennähe dagegen ist es ein Reizgas. An heißen, sonnigen Tagen bildet sich aus Stickstoffoxiden und Kohlenwasserstoffen aus Abgasen unter Sonnenlicht bodennahes Ozon, das Atemwege und Augen reizt. Das nennt man Sommersmog.

Beides ist dieselbe Verbindung, aber ein anderes Problem mit einer anderen Lösung. Das Ozonloch bekämpft man, indem man ozonschädigende Stoffe verbietet. Bodennahes Ozon bekämpft man, indem man Abgase aus Verkehr und Industrie senkt. Wenn jemand fragt, ob Ozon gesund sei, lautet die richtige Antwort daher: oben ja, unten nein.

Außerdem gilt: Das Ozonloch hat nichts mit dem Treibhauseffekt zu tun. Zwar sind manche FCKW auch starke Treibhausgase, doch die beiden Probleme haben unterschiedliche Mechanismen. Beim Ozonloch geht es um Chemie in der Stratosphäre, beim Treibhauseffekt um die Wärmestrahlung der Erde.

FCKW sind so stabil, dass sie in der unteren Atmosphäre nicht zerfallen. Sie steigen über Jahre langsam in die Stratosphäre auf. Dort trifft energiereiches UV-Licht auf die Moleküle und spaltet ein Chloratom ab. Ein Beispiel ist das FCKW CF2Cl2, das früher als Kältemittel diente: CF2Cl2 ergibt CF2Cl + Cl.

Das freie Chloratom ist ein Radikal und sehr reaktionsfreudig. Es greift ein Ozonmolekül an: Cl + O3 ergibt ClO + O2. Das entstandene Chlormonoxid trifft auf ein einzelnes Sauerstoffatom, das in der Stratosphäre ebenfalls vorkommt: ClO + O ergibt Cl + O2. Das Chloratom ist danach wieder frei und zerstört das nächste Ozonmolekül.

Das Chloratom wird also nicht verbraucht. Es wirkt wie ein Katalysator in einer Kettenreaktion. Schätzungen gehen davon aus, dass ein einziges Chloratom bis zu etwa 100000 Ozonmoleküle zerstören kann, bevor es sich in einer anderen Verbindung bindet. Deshalb reichen schon kleine FCKW-Mengen für große Schäden.

Besonders stark ist der Abbau über der Antarktis. Im polaren Winter bilden sich dort sehr kalte Wolken aus Eiskristallen, an deren Oberfläche Chlorverbindungen in aktive Formen umgewandelt werden. Kommt im Frühling, im September und Oktober, die Sonne zurück, setzt der Abbau massiv ein. Es entsteht das Ozonloch.

Der häufigste Fehler ist die Gleichsetzung von Ozonloch und Klimawandel. Das Ozonloch ist keine Ursache der Erderwärmung, und die Erderwärmung ist keine Ursache des Ozonlochs. Beide Probleme haben unterschiedliche Ursachen und unterschiedliche Lösungen. Auch heißt Ozonloch nicht, dass die Schicht ein Loch hat. Gemeint ist eine Region, in der die Ozonkonzentration stark gesunken ist.

Ein zweiter Fehler: Viele glauben, FCKW würden verbraucht und bräuchten ständig Nachschub, um Ozon zu zerstören. Tatsächlich wirkt das freigesetzte Chloratom als Katalysator und bleibt Jahre aktiv. Deshalb dauert die Erholung so lang, obwohl FCKW längst verboten sind.

Der dritte Fehler: Das Ozonloch entsteht nur über der Antarktis, weil dort FCKW verwendet wurden. Falsch. Die Gase verteilen sich weltweit. Dass der Effekt dort am größten ist, liegt an den extrem niedrigen Temperaturen im polaren Winter und den Eiswolken.

Entdeckt wurde das Ozonloch 1985 von britischen Forschern über der Antarktis. Schon 1987 beschlossen viele Staaten das Montrealer Protokoll, das den Ausstieg aus FCKW und anderen ozonschädigenden Stoffen regelt. Es trat 1989 in Kraft und gilt als eines der erfolgreichsten Umweltabkommen. Heute haben es alle Staaten der Welt unterzeichnet. Die Chemiker Paul Crutzen, Mario Molina und Sherwood Rowland erhielten 1995 den Nobelpreis für ihre Arbeiten zum Ozonabbau.

Die Ozonschicht erholt sich. Das größte Ozonloch über der Antarktis hatte im Jahr 2000 eine Fläche von etwa 29 Millionen Quadratkilometern, das ist mehr als die Fläche Nordamerikas. Nach dem Bericht von UN und Weltwetterorganisation aus dem Jahr 2022 wird sich die Ozonschicht in den meisten Regionen der Welt bis etwa 2040 auf den Stand von 1980 erholen, in der Arktis bis etwa 2045 und über der Antarktis bis etwa 2066. Die Konzentration ozonschädigender Stoffe in der Stratosphäre sinkt seit den späten 1990er-Jahren.

Als Ersatz für FCKW kamen zunächst HFKW zum Einsatz. Sie enthalten kein Chlor, sind aber starke Treibhausgase. Deshalb beschloss man 2016 die Kigali-Änderung des Montrealer Protokolls, die auch diese Stoffe schrittweise begrenzt. Moderne Kühlschränke nutzen oft Propan oder andere natürliche Kältemittel.