Elemente und Moleküle, Schulbuch

108 6 Luft, Wasser, Boden – unsere Umwelt Der Sauerstoff der Luft ist für Menschen und Tiere lebensnotwendig. Pflanzen ent- nehmen der Luft Kohlenstoffdioxid. Die meisten Abbau- und Verwesungsvorgänge sind Reaktionen mit Luftsauerstoff. Jede Verbrennung benötigt Luft. Wasser ist ein Hauptbestandteil des Organismus aller Lebewesen; das Leben selbst, so nimmt man heute an, ist im Wasser entstanden. Ohne regelmäßige Wasserzufuhr ist Leben, wie wir es kennen, nicht möglich. Die Böden wieder sind Grundlage der Ernährung eines Großteils der Menschheit. Ihre Fähigkeit, Wasser und Nährstoffe zu speichern, ist die Basis für das Wachstum der Pflanzen. Diese drei Bereiche unserer Umwelt haben sich im Laufe der Erdgeschichte zu ihrer heutigen Form entwickelt und bilden ein vernetztes ökologisches System. In diese Existenzgrundlage greift die Menschheit durch ihre wachsende Zahl in zunehmen- dem Maß ein und verändert sie dadurch. Solche für die Verursacher ungünstigen Veränderungen bezeichnet man als Umweltprobleme. Sie durch geeignete Maßnah- men möglichst gering zu halten und dies auch zu überwachen, ist eine wichtige Aufgabe der Chemie. 6.1 DIE AtMOSPHäRE Entstehung der Atmosphäre • Zusammensetzung der Atmosphäre • Ozon - schicht • Treibhauseffekt • Kohlenstoffkreislauf Zusammensetzung der Atmosphäre Die Atmosphäre in ihrer heutigen Form besteht überwiegend aus Stickstoff und Sauerstoff. Daneben enthält sie etwa 1 % Argon, das aus dem Zerfall des langlebi- gen Nuklids 40 K stammt (Abb. 108.2). Kalium ist in der festen Erdrinde ein häufiges Element und der geringe Anteil des Radionuklids hat im Laufe der Erdgeschichte beträchtliche Mengen Argon produziert. Die anderen Edelgase sind sehr selten. Dies liegt daran, dass sie keine Verbindungen bilden und als einatomige Gase großteils in den Weltraum entwichen sind, als die Erdkruste noch heißer war. Helium kann auch heute nicht von der Erdschwerkraft gehalten werden. Seine Atome überschrei- ten in höheren Atmosphärenschichten die Fluchtgeschwindigkeit. Die geringen Mengen Helium entstammen Alphazerfällen in der Erdrinde (zB aus den natürlichen Zerfallsreihen). Ein wichtiges Gas der Atmosphäre ist Kohlenstoffdioxid . Es liegt zwar nur zu etwa 0,035 % vor, ist aber für Pflanzen lebenswichtig. Seine Konzentration ist seit Beginn der Industrialisierung kontinuierlich gestiegen (von 0,029 % um ca. 1850 auf den heutigen Wert). Als Ursache dieses Anstiegs nimmt man die Verbrennung fossiler Energieträger durch den Menschen an (Abb. 108.4). Natürlich enthält die Luft beträchtliche Mengen Wasserdampf (meist einige %), die aber mit der Temperatur und Wetterlage sehr stark schwanken. Daher ist die Zu- sammensetzung für trockene Luft angegeben. Der Gehalt an Wasserdampf wird dann in Form der relativen Luftfeuchtigkeit angegeben. 100 rel% Luftfeuchtigkeit bedeutet: mit Wasserdampf gesättigte Luft. Enthält die Luft zB 60 % der maximal aufnehmbaren Wassermenge, dann spricht man von 60 % Luftfeuchtigkeit. Neben den in der Tabelle angegebenen Gasen enthält die Luft noch weitere Spu- rengase wie Methan, Wasserstoff, Ozon, Stickstoffoxide, Kohlenstoffmonoxid und Ammoniak. Ihre Konzentrationen liegen in der Größenordnung der seltenen Edel- gase und darunter. Sie werden durch menschliche Tätigkeit besonders stark beein- flusst. Hierbei stehen in Europa vor allem die Abgase aus dem Verkehr an erster Stelle. Die Ozonschicht Besonders wichtig unter den Spurengasen ist das Ozon O 3 . Es entsteht durch Ein- wirkung kurzwelliger UV-Strahlung in der Stratosphäre aus dem Luftsauerstoff. Das Ozonmolekül ist ein ausgezeichneter Absorber für diese UV-Strahlung, die besonders gesundheitsschädlich ist und bei ungehindertem Eindringen Hautkrebs und grauen Star – eine Augenkrankheit – verursacht. Auch Sauerstoff selbst ist ein UV-Absorber, aber bei weitem nicht so wirkungsvoll wie das Ozon. Die Ozonschicht bildet also K + e Ar 40 19 40 18 0 –1 2 3 4 1800 1900 2000 CO 2 -Gehalt der Atmosphäre in ppm Stickstoff 78,10 Sauerstoff 20,93 Argon 0,9325 Kohlenstoffdioxid 0,035 Neon 0,0018 Helium 0,0005 Krypton 0,0001 Xenon 0,000009 Abb. 108.1: Der Mensch in seiner Umwelt Abb. 108.4: Der CO 2 -Gehalt der Atmosphäre in den letzten 2 Jahrhunderten Abb. 108.3: Durchschnittliche Zusammensetzung trockener Luft in Vol.-% (= Mol-%) Abb. 108.2: Entstehung des Argons der Luft Cl + O 3 → ClO + O 2 ClO + O → Cl + O 2 ClO + NO 2 → ClNO 3 nicht ozonschädlich Abb. 108.6: Störung des Ozonabbaus durch NO 2 Abb. 108.5: Ozonabbau durch Chloratome 9a2a56 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv