Unsere Luft und Atmosphäre bestehen aus zahlreichen Gasen, die für uns lebensnotwendig sind und in der falschen Konzentration aber auch für Menschen und Tiere gefährlich sein kann. Eines dieser Gase ist Ozon, das in der gleichnamigen Ozonschicht uns vor gefährlicher Sonnenstrahlung schützt, in der normalen Atemluft in konzentrierter Form jedoch Reizungen hervorrufen kann. Ozon ist in unserer Atemluft jedoch nur in geringsten Mengen vorhanden, weshalb die Gefahr sehr gering ist. Das Gas kann aber auch im Labor hergestellt werden und tritt es konzentriert aus, kann es durchaus zu einer Gefahr werden.

Was ist Ozon?

Ozon besteht aus drei Sauerstoffatomen und ist bei normalem Luftdruck gasförmig. Ab einer Temperatur von -110,5 °C beginnt es sich zu verflüssigen, bis es schließlich bei -192,5 °C zu einem festen Stoff erstarrt. Normalerweise kommt Ozon in der Nähe der Erdoberfläche nur in sehr geringen Mengen vor. Die Konzentration nimmt in höheren Lagen bis zur Schicht Stratosphäre zu, wo es konzentriert vorkommt. Dort befindet sich auch die sogenannte Ozonschicht. Ozon entsteht durch die Einstrahlung der Sonne in Kombination mit diversen Vorläufersubstanzen. Das können flüchtige organische Verbindungen sein oder Stickstoffoxid. Je höher die Anzahl an Vorläufersubstanzen ist und je stärker die Sonneneinstrahlung ist, desto mehr Ozon gebildet wird. Die chemische Reaktion wird unter anderem durch eine hohe Lufttemperatur begünstigt. Auch bei Gewittern kann durch die Elektrizität, die ein Blitz zwischen Erdboden und Wolken verursacht, Ozon entstehen.

Herstellung von Ozon

Ozon ist ein sehr flüchtiges Gas und zerfällt im Normalfall innerhalb weniger Tage in der Luft. Es ist möglich Ozon im Labor herzustellen, indem eine Reaktion zwischen Kaliumpermanganat und hoch konzentrierter Schwefelsäure hervorgerufen wird. Daraus entsteht ein Zwischenprodukt, das bei Raumtemperatur zu einem Gasgemisch zerfällt mit einem sehr hohen Anteil an Ozon. Da Ozon sehr rasch zerfällt, ist es nicht möglich, das Gas langfristig zu lagern oder unter normalen Bedingungen in Druckflaschen abzufüllen. Wird konzentriertes Ozon benötigt, muss es häufig vor Ort erzeugt werden. Dazu werden technische Vorrichtungen verwendet, die auf Elektrodenkonfigurationen basieren. Eine längere Lagerung von Ozon ist nur in einer Lösung mit flüssigem Sauerstoff bei etwa -183 °C möglich oder bei leichtem Überdruck bei einer Temperatur zwischen -50 bis maximal -112 °C.

Verwendung von Ozon

Haupteinsatzgebiet von Ozon ist in der Aufbereitung von Wasser. Es hat die Fähigkeit zur Oxidation von Eisen oder Mangan und wird auch zur Entkeimung verwendet. Ozon hat sich in den Trinkwasserwerken als besonders umweltfreundlich erwiesen. In Schwimmbädern oder in der Industrie, wo Oberflächenwasser zu Brauchwasser umgewandelt wird, dient Ozon ebenfalls zur Filterung und Keime bzw. Algen werden damit abgetötet. Eine Ozonierung erfolgt auch bei der Behandlung von Abwässern in Kläranlagen, was im Moment jedoch nur in ausgewählten Anlagen durchgeführt wird, dass die Behandlung mit Ozon sehr teuer ist. Nicht nur bei der Wasseraufbereitung wird Ozon verwendet, sondern auch um Gebrauchtwagen besser aussehen zu lassen. Gerade im Innenraum können durch eine Behandlung mit Ozon Gerüche größtenteils wieder neutralisiert sowie Keime und Bakterien abgetötet werden. Ozon kommt auch in modernen Waschmaschinen zum Einsatz, ebenfalls um Gerüche und Bakterien zu eliminieren. Ozon wird dort mittels eines eingebauten Generators aus der Umgebungsluft erzeugt.

Ozon als Gefahr in der Atemluft

In höheren Konzentrationen ist Ozon schlecht für den Körper, wenn es eingeatmet wird. Durch seine oxidierende Wirkung sorgt es bei Menschen und auch bei Tieren für eine Reizung der Atemwege und kann zu Atembeschwerden führen. Zusätzlich treten bei Personen, die übermäßig viel Ozon eingeatmet haben, Kopfschmerzen im Bereich der Schläfen auf. In nicht gefährlicher Konzentration geht von dem Gas kein Geruch aus, bei höherer Belastung von Ozon in der Atemluft kann ein stechender und scharfer Geruch, der dem Chlorgeruch sehr ähnlich ist, wahrgenommen werden. Eine direkte Gefahr für die Gesundheit besteht jedoch nicht durch das Ozon, der Geruch und die Reizung sind primär unangenehm. Negativ auf die Gesundheit wirkt sich Ozon allerdings aus, wenn es mit der Vorläufersubstanz Stickstoffmonoxid reagiert. Diese Substanz wird durch Emission von Fabriken oder Fahrzeugen erzeugt und ist in besonders starker Konzentration als Smog bekannt. Reagiert Ozon mit Stickstoffmonoxid wird es in Stickstoffmonoxid, das in größerer Konzentration hochgiftig ist, umgewandelt.

Ozon als schützende Gasschicht

Kann das Ozon in der Atemluft für Reizungen sorgen, so bildet es in ausreichender Entfernung eine schützende Schicht über die gesamte Erde, die für uns lebensnotwendig ist. In der Stratosphäre bildet sich durch das energiereiche Sonnenlicht und die UV-C-Strahlung das Ozon. Obwohl UV-C-Strahlung dafür sorgt, dass Ozon gebildet wird, kann es neben der UV-B-Strahlung für den Menschen gefährlich sein. In der Ozonschicht wird nicht nur aus einem Bereich der Ultraviolettstrahlung das Gas ausgebildet es filtert gleichzeitig auch die schädliche Strahlung. Die Ozonsicht befindet sich in etwa 25 Kilometer von der Erde entfernt und ist unter guten Bedingungen sogar mit freiem Auge zu erkennen. Ist kurz vor Sonnenaufgang bzw. -untergang oder in der Dämmerung der Himmel blau gefärbt, sind die Ozonmoleküle dafür verantwortlich. Ist der Himmel klar und erstrahlt in einem Blau, dann ist dafür ebenfalls das Ozon verantwortlich.

Zerstörung der Ozonschicht

Die Ozonschicht ist für das Leben von Mensch und Tier sehr wichtig, doch wurde diese Schicht in den letzten Jahren stark geschwächt, wodurch sich der Anteil an schädlicher UV-B-Strahlung deutlich erhöht hat. Seit Beginn der 1980er Jahre ist es bekannt, dass unsere Ozonschicht löchrig wird. Dafür verantwortlich sind die im FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoff) enthalten Chloratome. FCKW wurde lange Zeit als Treibmittel für Spraydosen oder als Kältemittel in Kühlgeräten verwendet. Seit bekannt ist, dass FCKW die Ozonschicht schädigt, wird immer weniger davon eingesetzt und seit dem Jahre 2000 in vielen Ländern gänzlich verboten bzw. die Verwendung stark eingeschränkt.

Negative Folgen für Lebewesen

Die Ozonschicht wirkt für die Erde wie eine gigantische Sonnenbrille. Die Abnahme der Schicht ist an den Polen und in Australien besonders stark. Obwohl sich das Ozon durch die Strömung der Stratosphäre langsam verteilt, ist in diesen Regionen eine besonders starke Abnahme der Schicht zu verzeichnen. Die hier vorherrschenden Bedingungen mindern oder verhindern zur Gänze zusätzlich noch die Bildung der schützenden Ozonschicht. In diesen Gebieten ist das Risiko der Zellschädigung durch die schädliche UV-B-Strahlung besonders hoch. Menschen, Tiere und Pflanzen tragen im Anfangsstadium nur einen Sonnenbrand davon, was jedoch bis hin zu offenen Brandwunden gehen kann. Der Mensch kann in weiterer Folge durch die hohe Intensität der schädlichen Sonnenstrahlung in Verbindung mit unzureichenden Schutzmaßnahmen gegen diese Strahlung an Hautkrebs erkranken. Zudem ist in den Regionen, wo die Ozonschicht sehr dünn ist, ein Rückgang bestimmter Pflanzenarten zu verzeichnen, die dieser Strahlenbelastung nicht mehr gewachsen ist. Dies kann langfristig sogar zum Aussterben bestimmter Pflanzenarten führen.

Mögliche Regeneration der Ozonschicht

Die Ozonschicht ist für die Menschheit lebensnotwendig und ein Verbot des schädlichen FCKWs brachte erste Erfolge, denn unsere Ozonschicht ist auf dem Weg der Erholung. US-Wissenschaftler haben in Studien belegt, dass die Ozonschicht im oberen und mittleren Teil der Stratosphäre bereits wieder zugenommen hat. Ein gänzliches Verbot bzw. der Verzicht von Treibgasen und eine Minderung der Schadstoffbelastung in der Luft könnten sogar dafür sorgen, dass sich absehbarer Zeit die Ozonschicht wieder das gleiche Niveau wie in den 1980er Jahren erreichen könnte. Ersten Berechnungen zu Folge könnte die Schicht im Jahre 2050 wieder intakt sein. Zudem wird vermutet, dass die Klimaerwärmung, die sonst ein eher negativer Einflussfaktor ist, hilfreich für die Zunahme der Ozonschicht sein könnte, jedoch sind die Langzeitfolgen noch nicht belegbar. Bereits in zwei von drei Schichten der Stratosphäre konnte eine leichte Zunahme festgestellt werden.