Atmosphäre und Umwelt

Unsere Atmosphäre, das Luftmeer, auf dessen Grunde wir leben, ist ein Gasgemisch, das neben den Hauptbestandteilen Stickstoff und Sauerstoff eine Vielzahl von Spurengasen enthält. Dieses Gasgemisch an sich wäre reaktionsträge und somit von geringem chemischen Interesse, würde es nicht im Wechsel von Tag und Nacht und im Rhythmus der Jahreszeiten von der Sonne bestrahlt. Die Sonnenstrahlung, insbesondere ihr energiereicher Ultraviolettanteil, vermag die meisten Konstituenten des atmosphärischen Gasgemisches in ihre Bestandteile zu spalten. Durch diesen photochemischen Prozeß, den man als „Photolyse“ oder „Photodissoziation“ bezeichnet, entstehen äußerst reaktive Substanzen, die für uns Erdbewohner wichtige chemische Reaktionsketten auslösen. Lediglich die atmosphärischen Edelgase, Argon, Neon, Helium und Krypton (in der Reihenfolge ihrer Häufigeit) nehmen an diesen Prozessen nicht teil.

Die Atmosphäre unseres Planeten Erde ist das Produkt einer langen Entwicklungsgeschichte. In ihrer heutigen Zusammensetzung ist die irdische Lufthülle grundverschieden von derjenigen des solaren Urnebels, aus dem unser Sonnensystem entstanden ist. Geochemische Prozesse und, seit es Leben auf unserem Planeten gibt, vor allem biochemische Prozesse haben bei dieser Evolution eine entscheidende Rolle gespielt und unsere Atmosphäre zu dem ganz besonderen und im Planetensystem einmaligen Medium gemacht, ohne das unsere Existenz undenkbar wäre.

Ozon ist die dreiatomige Form des gewöhnlichen Luftsauerstoffs, der aus zwei Atomen besteht (Abb. 3). Um Ozon zu bilden, muß man Sauerstoff-Moleküle (O₂) durch Bestrahlung mit kurzwelligem UV-Licht (Wellenlänge kleiner als 242 nm) in einzelne Atome O aufspalten. Der Chemiker schreibt diese Photodissoziationsreaktion als

Die Troposphäre ist das unterste Stockwerk der Atmosphäre, in dem sich das Wettergeschehen abspielt. Ihre Obergrenze, die Tropopause, liegt in der Tropenzone im Mittel in etwa 18 km, in mittleren Breiten zwischen 10 und 15 km, und in der Polarregion in etwa 8 km Höhe. Damit umfaßt die Troposphäre etwa 80 bis 90 Prozent der Gesamtmasse der irdischen Lufthülle. Die Troposphäre enthält die Luft, die wir atmen, und das Wasser, das wir trinken. Natürliche Quellgase, im Erdboden und im Ozean von Mikroorganismen produziert, werden an die Troposphäre abgegeben und vermischen sich darin. Es ist aber auch die Troposphäre, in die wir die Abgase unserer Zivilisation, aus Fabriken, Kraftwerken, Heizungsanlagen und Kraftfahrzeugen ablassen.

Die gegenwärtige Zusammensetzung unserer Atmosphäre muß als ein dynamisches Gleichgewicht verstanden werden, bei dem Quellen und Senken der einzelnen atmosphärischen Bestandteile einander kompensieren. Dieses sehr delikate Gleichgewicht kann durch menschliche Aktivitäten gestört werden. Eine Störung kann darin bestehen, daß bestimmte Substanzen direkt in die Atmosphäre freigelassen werden, etwa Industrie-oder Automobilabgase. Es kann aber auch sein, daß der Mensch in die Biosphäre eingreift, etwa durch Abholzen von Wäldern und Bearbeitung von Acker- und Weideland, und damit indirekt die Quellgasemission der betreffenden Region verändert. In allen Fällen hängt das geographische Ausmaß einer solchen Störung davon ab, wie groß die Lebensdauer der direkt oder indirekt eingebrachten „Schadstoffe“ ist. Beim Smog oder beim sauren Regen handelt es sich um Phänomene von regionaler Bedeutung, welche durch die Emission kurzlebiger Schadstoffe ausgelöst werden, die im allgemeinen innerhalb weniger Stunden bis Tage in wasserlösliche Endprodukte verwandelt und im Niederschlag ausgewaschen werden. Die Emission langlebiger Quellgase wie CFC-11 und CFC-12, deren Lebensdauern über 50 Jahre betragen, führt dagegen zu Auswirkungen globalen Ausmaßes.