Die Bedeutung von troposphärischem Ozon

Das Spurengas Ozon besitzt für das Klima und das Leben auf der Erde sehr unterschiedliche Eigenschaften, die stark von der Höhe abhängen, in der Ozon in der Atmosphäre vorkommt. In der unteren Troposphäre ist Ozon ein Treibhausgas und in zu hoher Konzentration ein gesundheitsschädliches Reizgas. In der Stratosphäre bildet Ozon eine lebenswichtige Schutzschicht vor den gefährlichen UV-Strahlen der Sonne.

Die vertikale Verteilung des Ozons ist sehr ungleichmäßig. Etwa 90% der gesamten Ozonmenge entfallen auf die Stratosphäre (12-50 km Höhe), und hier zu 75% auf die Höhe von 15-30 km, und nur 10% befinden sich in der Troposphäre. In der Stratosphäre absorbiert Ozon einen großen Teil der ultravioletten Strahlung der Sonne, die die Zellen von Pflanzen und Tieren zerstören und beim Menschen z.B. Hautkrebs hervorrufen kann. Das stratosphärische Ozon ist so als Schutzschild gegen die lebensgefährliche UV-Strahlung wirksam. Durch die Absorption der solaren UV-Strahlung besitzt das stratosphärische Ozon aber auch eine klimatische Wirkung. Die vom Ozon ausgehende langwellige Strahlung erwärmt nicht nur die untere Stratosphäre, sondern hat auch einen geringen positiven Strahlungseinfluss auf die Troposphäre. Der Ozonverlust in der unteren Stratosphäre durch die Einwirkung von FCKW hat entsprechend in den letzten beiden Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts zu einer negativen Strahlungswirkung von 0,15 W/m² geführt.

Abb. 1: Die vertikale Verteilung des Ozons in der Stratosphäre und der Troposphäre. Die schwarzen Pfeile bezeichnen Veränderungstendenzen durch den Einfluss des Menschen: Abnahme der Ozonmenge in der unteren Stratosphäre, Zunahme in der Troposphäre.^B1

Eine größere klimatische Bedeutung kommt der geringen Ozonmenge zu, die sich in der Troposphäre befindet. Hier ist Ozon ein Treibhausgas. Anders als Kohlendioxid, Methan, Lachgas oder FCKW besitzt das troposphärische Ozon jedoch nur eine relativ kurze Lebensdauer von einigen Wochen und ist deshalb ungleichmäßig um den Globus verteilt. Im Unterschied zu den langlebigen Treibhausgasen wird Ozon außerdem nicht direkt in die Atmosphäre emittiert, sondern entsteht dort erst durch photochemische Prozesse aus Vorläufergasen, und wird auch primär photochemisch aus der Atmosphäre wieder entfernt. Die Emission der Ozon-Vorläufergase und damit auch die troposphärische Ozonkonzentration werden zunehmend durch den Menschen beeinflusst. Das so entstandene Ozon ist nach Kohlendioxid und Methan seit Beginn der Industrialisierung zum drittwichtigsten anthropogenen Treibhausgas geworden^.1 Ozon spielt außerdem eine wichtige Rolle in der troposphärischen Chemie und ist besonders eng verbunden mit der Chemie von OH, das oft als ,Waschmittel der Atmosphäre" bezeichnet wird, weil es andere schädliche Gase wie vor allem das Treibhausgas Methan (CH₄) abbaut. Ein letztes wichtiges Merkmal des troposphärischen Ozons besteht darin, dass es als bodennahes Ozon in zu hoher Konzentration ein gesundheitsschädliches Reizgas ist und die Atemwege angreift.

Anmerkungen:
1. nach IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I, 8.3.3

Bildquellen:
B1 Eigene Darstellung