Afbraak ozon

Ozon, het gas dat het leven op aarde beschermt tegen schadelijke ultraviolette straling van de zon, komt tot op tientallen kilometers hoogte in de dampkring voor, maar is sterk geconcentreerd in de stratosfeer op ongeveer 17 tot 20 kilometer hoogte.

In die tweede laag van de dampkring –de onderste is de troposfeer– zit ongeveer 80 tot 90 procent van alle ozon.

Zonlicht zorgt hoog in de atmosfeer voortdurend voor vorming en afbraak van het giftige gas ozon, oftewel O3, dat uit drie zuurstofatomen bestaat. Bij de vorming van ozon wordt 'normale' zuurstof, O2, gesplitst in twee losse zuurstofatomen, O + O. De reactie van een zuurstofatoom, O, met een zuurstofmolecuul, O2, levert ozon, O3, op.

Onder natuurlijke omstandigheden heeft onschuldige afbraak van ozon plaats. Dan verloopt het stuivertje wisselen in omgekeerde richting. Een ozonmolecuul reageert dan met een vrij zuurstofatoom en er ontstaan twee zuurstofmoleculen: O3 + O levert O2 + O2.

Dat natuurlijk evenwicht is sinds een jaar of dertig door menselijk toedoen ernstig verstoord. De belangrijkste ozonbedervers zijn chloor-fluor-koolwaterstoffen (cfk's). Daarnaast spelen ook halonen een kwalijke rol. Halonen of halogeenkoolwaterstoffen zijn cfk-achtige verbindingen met als extra schadelijk element broom. Halonen werden veel gebruikt in brandblussystemen. Freonen, ook niet best voor ozon, waren in de jaren zestig en zeventig het bekendst als drijfgassen in spuitbussen. Cfk's doen of deden ook dienst als koelmiddel in koel- en vrieskasten en in apparatuur voor airconditioning. Dat een deel van die schadelijke stoffen inmiddels is uitgebannen, maakt voor de afbraak van de ozonlaag nog niet veel uit. Onder de ozonafbrekers die nu de lucht ingaan, zitten soorten die zeker vijftig jaar actief kunnen zijn.

Kou
Een extreem lage temperatuur van ten minste 78 graden onder nul is de belangrijkste voorwaarde voor de afbraak van ozon. Daarin speelt de polaire vortex, een krachtige wind die in de winter zowel rondom de noordpool als de zuidpool voorkomt, een belangrijke rol. Die sterke luchtstroming zorgt ervoor dat de poolgebieden min of meer zijn afgesloten van warmere lucht op lagere geografische breedten.

Die constante lage temperatuur is oorzaak van een tweede voorwaarde voor ozonafbraak: polaire stratosferische wolken, die tot een hoogte van 20 kilometer boven het aardoppervlak kunnen voorkomen. Vooral de ijskristallen in deze bewolking zijn van belang. Die zorgen, samen met de schadelijke luchtverontreiniging, voor chemische reacties waarbij grote hoeveelheden chloor vrijkomen.

Als aan al deze voorwaarden is voldaan, is nog slechts één ding nodig: de zon. Als die na de poolnacht weer boven de horizon komt, is er ultraviolette straling beschikbaar en breekt vrijkomend chloor op grote schaal ozon af: Cl + O3 =>ClO + O2. Het ClO breekt bij lage temperatuur via een snelle reactie met stikstofoxide (NO) af: ClO + NO =>ClO + NO2 + Cl. Het chloor is nu weer beschikbaar om een nieuw ozonmolecuul af te breken.

Omdat zonlicht nodig is voor de reactie, komt het slechte nieuws altijd aan het eind van de poolwinter: in september voor het zuidelijk halfrond en in februari/maart voor het noordelijk halfrond. Zodra de zon hoger boven de horizon komt, neemt de temperatuur toe en is aan de eerste belangrijke voorwaarde –extreme kou– niet meer voldaan.