Luft und Sauerstoff

Inhaltsverzeichnis zum Thema

• Bestandteile der Luft
• Sauerstoff
• Ozon
• Luftverschmutzung

Bestandteile der Luft

In der Antike war die Luft eines der 4 Elemente. Es herrschte die Meinung vor, dass alle Stoffe aus einer Kombination der Elemente Wasser, Erde, Feuer und Luft bestehen. Die Bezeichnung Luft ist geblieben, aber das Verständnis dieses Begriffs hat sich bis heute stark gewandelt.

Wir wissen heute, dass Luft ein Stoffgemisch aus verschiedenen Bestandteilen ist. Hauptbestandteil der Luft ist mit 78% Stickstoff. Es kommt als Bimolekül vor und besitzt die chemische Formel $N_2$. Aufgrund der starken Dreifachbindung zwischen den Stickstoffatomen ist es sehr reaktionsträge. Stickstoff ist für das Leben auf der Erde enorm wichtig, da es ein grundlegender Bestandteil der Aminosäuren ist. Aus diesen setzen die Proteine zusammen, die den Großteil des organischen Gewebes bilden.

Sauerstoff $O_2$ ist in der Luft mit 21% am zweithäufigsten vertreten und hat besondere Eigenschaften, die es besonders wichtig für das Leben auf der Erde machen.

Rund 1% der Luft besteht aus Edelgasen, vor allem Argon $Ar$. Diese sehr reaktionträgen Gase besitzen 8 Außenelektronen und sind damit äußerst stabil. Was sind typische Eigenschaften von Edelgasen?

Das als „Klimakiller“ stigmatisierte Treibhausgas Kohlenstoffdioxid $CO_2$ ist in der Luft nur mit 0,03% vorhanden und zudem für die Fotosynthese von Pflanzen wichtig. Auch sind nur ca. 3% der gesamten $CO_2$ Emission durch Menschen gemacht. Das klingt zunächst wie ein sehr kleiner Anteil, doch das Klima ist sehr empfindlich. Daher muss die Menschheit den Ausstoß an $CO_2$ deutlich verringern, um zerstörerische Wettererscheinungen nicht zu begünstigen.

Den zweitgrößten Effekt auf das Klima hat das Treibhausgas Methan, das vor allem beim Reisanbau und der Viehzucht entsteht. Es ist zwar nur mit 0,0002% in der Luft vorhanden, ist aber pro Molekül ca. 25 mal so schädlich wie Kohlendioxid und ist zu 70% vom Menschen erzeugt. Ein guter Grund vielleicht hin und wieder auf Fleisch zu verzichten.

Sauerstoff

Als die Erde entstand, war die Atmosphäre des Planeten noch völlig anders zusammengesetzt. Erst als sie sich aufgewärmt hatte und die ersten Algen anfingen Fotosynthese zu betreiben, reicherte sich Sauerstoff in der Luft an. Die Fotosynthese gilt als Grundlage für die autotrophe und heterotrophe Ernährung.

Sauerstoff ist im Gegensatz zu Stickstoff ein reaktionsfreudiges Gas. Das ist schon daran zu erkennen, dass viele Mineralien Sauerstoff enthalten. So bilden unedle Metalle, wenn sie frei an der Luft liegen, Oxide (Verbindung mit Sauerstoff) wie zum Beispiel Rost. Speziell diesen Prozess nennt man auch Korrosion.

Lebewesen nutzen Sauerstoff aktiv. Durch die Atmung nehmen wir Sauerstoff auf und transportieren es mithilfe des Blutes zu unseren Zellen. Dort vollzieht sich dann Schritt für Schritt die Reaktion zu Wasser, bei der viel Energie frei wird. Diese kann dann für verschiedenste Prozesse im Körper genutzt werden.

Feuer benötigt ebenfalls Sauerstoff. Ohne die nötige Sauerstoffzufuhr würde es erlöschen. Diese Reaktion ist eine Form der Oxidation. Beim Verbrennen von Holz entstehen dann hauptsächlich Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Ozon

Eine besondere Verbindung des Sauerstoffs ist das Ozon. Es hat die Formel $O_3$. Ozon kennst du wahrscheinlich von der Ozonschicht. Diese befindet sich in der unteren Stratosphäre auf einer Höhe von 15 bis 25 km. Ihr hauptsächlicher Nutzen für das Leben auf der Erde ist die Abschwächung von hochenergetischer UV-Strahlung.

Die Bildung und der Abbau von Ozon ist ein Gleichgewicht, dass sich in der Stratosphäre eingestellt hat aufgrund der Sonnenstrahlung. Durch die Energie der elektromagnetischen Strahlung, vor allem der UV-Strahlung, wird ein Molekül Sauerstoff in zwei Radikale gespalten. Diese reagieren weiter mit Sauerstoffmolekülen und bilden Ozon. Der Abbau des Ozons ist die Rückreaktion.

$O_2~\xrightarrow {h \nu}~2~O\cdot$ $O\cdot + O_2\rightleftharpoons~O_3$

Wird dieses Gleichgewicht gestört, kann zu einem sogenannten Ozonloch kommen. Eine Störung können zum Beispiel Halogenkohlenwasserstoffe sein. FCKW (Flour-Chlor-Kohlenwasserstoffe) bilden in der Stratosphäre Radikale, die zu einem erhöhten Abbau von Ozon führen.

Wenn es sehr warm ist kann es auch bodennah zur Bildung von Ozon kommen. Dieses Ozon kann dann für den Menschen sehr gefährlich sein. Daher kommt es im Sommer auch zu Ozonwarnungen.

Luftverschmutzung

Da Luft einen so wichtiger Teil des Lebens auf der Erde darstellt, ist es von besonderer Bedeutung sie zu schützen und in ihrem Gleichgewicht zu bewahren. Der Mensch tut dies leider auch heute noch nicht im ausreichendem Maße, da der Schutz der Umwelt häufig wirtschaftlichen Interessen im Wege steht. Dadurch schreitet die Umwelt- und Luftverschmutzung weiter voran: Ein Raubbau an der Natur, den die nachkommenden Generationen bezahlen werden müssen.

Die vor allem langfristigen Folgen waren vielen nicht klar oder wurden bewusst aus wirtschaftlichen oder politischen Interessen ignoriert. Diese leider sehr kurzsichtige Handlungsweise muss die Menschheit unbedingt ablegen, damit es auf unserem Planeten auch langfristig eine Zukunft gibt.