Elemente und Moleküle, Schulbuch

109 6.1 Die aTMOSPhÄre einen Schutz vor energiereicher Strahlung. Sie wird durch verschiedene, durch menschliche Aktivitäten emittierte Gase angegriffen und abgebaut (Abb. 109.1). Hier sind vor allem die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) zu nennen. Sie werden in der Stratosphäre fotochemisch zersetzt, wobei Chlor-Atome entstehen. Diese haben eine katalytische Wirkung auf die Zerlegung von Ozon in Sauerstoff. Wie stark dieser Ozonabbau schon fortgeschritten ist, wurde durch die Entdeckung des „ Ozonlochs “ über der Antarktis bewusst. Seit 1975, dem ersten Jahr mit konti- nuierlichen Beobachtungen, haben die Ozonwerte im antarktischen Frühjahr (Sep- tember) jährlich stärker abgenommen. Sie betragen heute nur mehr 50 % des ur- sprünglichen Werts. Als Grund nimmt man an, dass die Stickstoffoxide zusammen mit Wasser-Molekülen bei den extrem tiefen Temperaturen zu dieser Jahreszeit zu fester Salpetersäure frieren (polare Stratosphärenwolken). Die Stickstoffoxide, ob- wohl selbst Ozon abbauend, stören die katalytische Wirkung des Chlors auf den Ozonabbau. Fehlen sie, so wird das Chlor wirksamer als bei ihrer Anwesenheit. Aus diesem Grund ist der Einsatz von FCKWs in Spraydosen als Treibgas in Öster- reich verboten und auch die Verwendung zum Kunststoffschäumen wird einge- schränkt. Als Wärmeüberträgergas in Kühlschränken müssen diese Substanzen verpflichtend recycliert werden. Neuerdings werden auch über der Arktis im Winter und Frühjahr sinkende Ozonwer- te festgestellt, wenn auch nicht in dem Ausmaß wie über der Antarktis. Würde man den Einsatz von FCKWs weltweit sofort beenden, blieben die in der Atmosphäre befindlichen Mengen entsprechend Schätzungen allerdings noch etwa ein Jahrhun- dert wirksam. Entstehung und Entwicklung der Atmosphäre Durch den freien Sauerstoff wirkt die Atmosphäre oxidierend. Dies war nicht immer so. Die Uratmosphäre der Erde, die wahrscheinlich aus Vulkangasen gebildet wurde, enthielt keinen freien Sauerstoff. Man nimmt heute an, dass die Uratmosphäre vor allem aus Stickstoff, Methan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff aufgebaut war. Sie war also reduzierend (Abb. 109.2). In dieser reduzierenden Atmosphäre entstanden unter dem Einfluss von kurzwel- liger UV-Strahlung der Sonne und elektrischen Entladungen (Gewitter) eine Reihe von Verbindungen, die als chemische Vorstufen des Lebens angesehen werden. Es stellt sich natürlich die Frage, wie aus der reduzierenden Uratmosphäre unsere heutige oxidierende Atmosphäre wurde. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich in einer einfachen Reaktion, der Fotolyse des Wassers. Kurzwellige UV-Strahlung, die von der Sonne reichlich zur Verfügung stand und steht, hat eine so hohe Quanten- energie, dass sie die Bindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff im Wasser-Mo- lekül spalten kann. Der dabei gebildete Wasserstoff stieg in der Uratmosphäre nach oben. Er konnte von der Erdschwerkraft nicht gehalten werden und entwich ins Weltall. So hat die Atmosphäre laufend Reduktionsmittel in Form von Wasserstoff verloren. Der zurückbleibende Sauerstoff reagierte mit den reduzierenden Atmo- sphärengasen. Aus Methan bildete sich Kohlenstoffdioxid und Wasser. Das Kohlen- stoffdioxid wurde zum Großteil bei der Silicatverwitterung gebunden und liegt heu- te in Form von Kalk vor. Aus Ammoniak bildete sich so ein Teil unseres heutigen Luftstickstoffs. Schwefelwasserstoff wurde zu Schwefeloxiden, die sich heute als Sulfate (zB Gips) finden (Abb. 109.3). Sobald die Reduktionsmittel in der Atmosphäre verbraucht waren und sich der ers- te freie Sauerstoff ansammelte, kam der Prozess der Wasserfotolyse weitgehend zum Erliegen. Sauerstoff absorbiert die für die Wasserfotolyse nötigen kurzwelligen UV-Quanten. Daher konnten diese nicht mehr tiefer in die Atmosphäre eindringen. Der heutige Sauerstoffgehalt von über 20 % ist mit großer Wahrscheinlichkeit durch Fotosynthese entstanden. Zu dieser Zeit existierten schon Lebewesen, die fotosyn- thetisch aktiv waren, die Vorläufer unserer heutigen Pflanzen. Möglicherweise hat fotosynthetisch entstandener Sauerstoff auch schon bei der Oxidation der reduzie- renden Atmosphäre eine wichtige Rolle gespielt (Abb. 109.4). 2 O UV kurzwellig UV langwellig O O 2 Reaktion mit anderen Teilchen Ozonbildung Ozonzerfall O 2 O 3 CH 4 H 2 H 2 S O 2 NH 3 Uratmosphäre reduzierend UV CH 4 H 2 S O 2 NH 3 H 2 N 2 SO 2 H 2 O CO 2 CaSO 4 CaCO 3 H 2 Heutige Atmosphäre oxidierend UV Ozonschicht H 2 O O 2 N 2 CO 2 Abb. 109.4: Bildung der Atmosphäre III Abb. 109.3: Bildung der Atmosphäre II Abb. 109.2: Bildung der Atmosphäre I Abb. 109.1: Ozonab- und aufbau in der Atmosphäre Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv