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Ozonloch Die Ozonschicht ist ein schwieriger Patient

Seit mehr als 30 Jahren beobachten Forscher mit Sorge ein Loch über der Antarktis: das Ozonloch. Das Verbot von FCKW sollte beim Stopfen unseres Schutzschildes gegen UV-Strahlen helfen. Das gelingt nur teilweise - auch, weil die Ozonkiller weiter verwendet werden.

Stand: 11.07.2018

Das Ozonloch über der Antarktis, aufgenommen am 02.10.2015 | Bild: picture-alliance/dpa, colourbox.com, BR, Montage BR

Der Teufel steckt wie so oft im Detail. Beim Ozonloch in der Erdatmosphäre. Sie ist aus verschiedenen Schichten aufgebaut. In der sogenannten Stratosphäre, in 15 bis 50 Kilometern Höhe, liegt die Ozonschicht. Sie ist für uns lebenswichtig, weil sie uns vor Sonnenstrahlung schützt. Allerdings gibt es Substanzen, die die Ozonschicht dünner werden lassen. In den 1980er-Jahren war ein besonders rasanter Schwund bemerkt worden, in der Antarktis tat sich jedes Jahr ein riesiges Ozonloch auf. 1987 wurde deshalb von allen Mitgliedern der Vereinten Nationen ein internationales Abkommen zum Schutz der Ozonschicht ratifiziert: Im Montrealer Protokoll wurde beschlossen, ozonschädliche Substanzen weltweit zu verbannen. Fluorchlorkohlenwassserstoffe (FCKW) zum Beispiel sind inzwischen in vielen Anwendungsbereichen verboten.

FCKW, Kühlschränke und die Ozonschicht

Als Chemiker 1929 die ersten Fluorchlorkohlenwassserstoffe (FCKW) herstellten, waren sie begeistert. Die FCKW waren vielseitig einsetzbar, unter anderem als Kältemittel und Treibgase für Spraydosen. Sie waren weder brennbar noch giftig - weil sie sehr stabil sind. Genau das ist auch das Problem: Sie können bis in die Stratosphäre gelangen, zerfallen dort erst nach Jahren oder gar Jahrzehnten - und das frei werdende Chlor zerstört dann die Ozonschicht. Forscher entdeckten diesen Zusammenhang Ende der 1970er-Jahre. Am 15. März 1993 lief schließlich der erste FCKW-freie Kühlschrank der Welt vom Band - in Niederschmiedeberg in Sachsen. Chemikalien, die FCKW ersetzen sollen, sind jedoch nicht automatisch umweltfreundlich. Für Kühlung und Klimaanlagen werden inzwischen teilweise Fluorkohlenwasserstoffe wie H-FKW eingesetzt. Sie schädigen zwar nicht die Ozonschicht, fördern aber den Treibhauseffekt.

Was heißt eigentlich Ozonloch?

Ozonschicht

Weit oben in der Stratosphäre schirmt das Spurengas Ozon die Sonnenstrahlung ab: Die Ozonschicht filtert ultraviolette Strahlen, die Hautkrebs und Augenkrankheiten auslösen können.

Maßeinheit Dobson

Die Dicke der Ozonschicht wird in der Dobson-Einheit DU gemessen. 100 DUs entsprechen dabei einer einen Millimeter dicken Schicht aus reinem Ozon. In Wirklichkeit verteilen sich die Ozonmoleküle jedoch in der Luftsäule, auch wenn sie in bestimmten Höhen konzentriert vorkommen.

Dicke der Ozonschicht über der Antarktis

In der Regel hat die Ozonschicht über dem Südpol eine Dicke von 350 Dobson. Sinkt der Wert unter 200 Dobson, spricht man von einem Ozonloch. Über der Antarktis sind die Werte teilweise erheblich niedriger. Doch seit dem Jahr 2000 steigt laut der MIT-Studie von 2016 der Wert in der ersten Septemberhälfte alljährlich um 2,5 Dobson. Umgerechnet auf die Fläche entspricht das einem um vier Millionen Quadratkilometer kleineren Ozonloch seit dem Jahr 2000.

Die Ozonschicht erholt sich - aber langsam

Tag der Ozonschicht

Der 16. September ist der "Internationale Tag zur Erhaltung der Ozonschicht". Die Vereinten Nationen erinnern mit ihm seit 1994 an das Montrealer Protokoll, das erste internationale Abkommen zum Schutz der Ozonschicht.

2016 bestätigte eine Studie vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA, dass sich das Ozonloch über der Antarktis langsam verkleinert und die Ozonschicht wieder dicker wird. Experten schätzten, dass sich die Ozonschicht bis Mitte des Jahrhunderts vollständig erholt hat.

"Was man auf jeden Fall sagen kann ist: Die starken Abnahmen des Ozons, die man bis ungefähr zur Jahrtausendwende gesehen hat, sind vorbei. Es geht jetzt langsam wieder in die richtige Richtung. Aber sehr langsam: Das dauert drei- bis viermal so lange, bis die Stoffe wieder verschwunden sein werden, wie es gedauert hat, sie in die Atmosphäre zu bringen."

Wolfgang Steinbrecht vom Observatorium Hohenpeißenberg im Voralpenland, das seit 50 Jahren die Ozonschicht beobachtet

Ozonschicht wird in der unteren Stratosphäre dünner

Freuen darf man sich jedoch nicht zu früh. Ein internationales Team unter Leitung von Forschern der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) entdeckte gegenläufige Entwicklungen in der Stratosphäre. Sie hat - einfach gesagt - einen oberen und einen unteren Teil. Die Forscher berichteten im Februar 2018, dass die Ozonschicht im unteren Teil der Stratosphäre dünner wird.

Mithilfe von Satellitenmessungen der vergangenen drei Jahrzehnte und statistischen Berechnungen zeigten die Forscher, dass weltweit die Region zwischen dem 60. Breitengrad Süd und Nord betroffen ist, also die Tropen und dicht besiedelte mittlere Breiten, in denen auch Deutschland liegt. Im Vorfeld hatte Experten schon die Tatsache misstrauisch gemacht, dass die global gemittelte Ozonsäule (= Ozonwerte) bei Messungen konstant blieb, obwohl die Ozon-Konzentration in der oberen Stratosphäre - ab etwa 30 Kilometern Höhe - zunahm. Während sich die Lage also in den Polarregionen entspannt, verschlechtert sie sich in anderen Regionen.

Sind der Klimawandel und Chemikalien schuld?

Warum das so ist, wissen Forscher noch nicht genau. Die Studie, an der 2018 auch die ETH Zürich beteiligt war und die im Fachmagazin "Atmospheric Chemistry and Physics" veröffentlicht wurde, legt nahe, dass der Klimawandel Schuld daran haben könnte. Er verändert die atmosphärische Zirkulation: Die Luft aus den Tropen wird schneller und tiefer polwärts transportiert, wodurch weniger Ozon produziert wird.

Eine zweite mögliche Ursache könnten sogenannte VSLS ("Very Short-Lived Substances") sein - sehr kurzlebige chlor- und bromhaltige Chemiekalien. Sie entstehen auf natürliche Weise und in der Großindustrie. Einige sind Ersatzstoffe für FCKW und weniger ozonschädlich, aber nicht neutral. Die VSLS-Konzentration nimmt zu und könnte vermehrt in die untere Stratosphäre gelangen, zum Beispiel durch starke Gewitterstürme. Welche Folgen der Ozonschwund in der unteren Stratosphäre hat, ist unklar. Die neuen Erkenntnisse seien besorgniserregend, aber nicht alarmierend, sagt Thomas Peter, Professor für Atmosphärenchemie an der ETH Zürich und Mitautor der Studie. Man müsse die Entwicklung im Auge behalten und weiter erforschen.

"Der jetzt festgestellte Rückgang ist weit weniger stark als vor Inkrafttreten des Montrealer Protokolls. Dessen Wirkung ist unbestritten, wie die Trendumkehr in der oberen Stratosphäre und an den Polen belegt. Aber wir müssen die Ozonschicht und ihre Funktion als UV-Filter in den stark bevölkerten mittleren Breiten und in den Tropen im Auge behalten."

Thomas Peter, Professor für Atmosphärenchemie an der ETH Zürich

Der Trichlorfluormethan-Krimi

Mai 2018: Verdacht auf illegale Quelle in Ostasien

Mehrere Jahre lang haben Forscher gerätselt, woher die verdächtig hohen Messwerte des FCKWs und Ozonkillers Trichlorfluormethan (CFC-11) in der Atmosphäre stammen. Nach einem Stoffmengenanteil von knapp 270 Teilchen pro Billion Teilchen Mitte der 1990er-Jahre sank deren Anteil nach dem FCKW-Verbot zunächst kontinuierlich. Seit 2012 jedoch langsamer, als es nach den geltenden Umweltregelungen eigentlich sein müsste. Im Mai 2018 vermutete deshalb ein Team um Stephen Montzka von der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in Boulder, Colorado, eine neue illegale Trichlorfluormethan-Quelle. Computersimulationen wiesen auf Ostasien hin.

Juli 2018: Illegale Quellen in China bestätigt

Im Juli 2018 wurde schließlich die in London ansässige gemeinnützige Umweltschutzorganisation Environmental Investigation Agency (EIA) fündig: In chinesischen Unternehmen wird der Ozonkiller Trichlorfluormethan weiterhin zum Aufschäumen von Kunststoffen genutzt. Die Ermittler der EIA waren in Kontakt mit 21 Firmen, von denen 18 in zehn verschiedenen Provinzen bestätigten, die illegale Chemikalie als Treibmittel für Bau- und Isolierschäume zu verwenden. Die EIA geht davon aus, dass es sich dabei nicht um Einzelfälle handelt, sondern um eine allgemeine Praxis. Trichlorfluormethan sei billiger und qualitativ besser als zulässige Alternativen. Der Chef des UN-Umweltprogramms (Unep), Erik Solheim, sprach von "wichtigen Erkenntnissen". Es sei entscheidend, illegale Aktivitäten sofort zu stoppen. Dafür müssten allerdings alle Produktionsstätten ermittelt werden - diese werden laut EIA häufig gewechselt, um Inspektionen zu entgehen.

Mehr Ozon am Boden ist auch keine Lösung

William Ball, Atmosphärenforscher an der ETH Zürich und Erstautor der Studie vom Februar 2018, geht davon aus, dass aktuell keine stärkere UV-Strahlung droht. "Offenbar hat sich die Gesamt-Dichte der Ozonschicht, die entscheidend ist für den Schutz vor UV-Strahlung, nicht stark verändert. Der Grund dafür ist die Zunahme von Ozon durch unsere Emissionen in Bodennähe in den letzten Jahrzehnten. Das schützt uns." Die perfekte Lösung ist das jedoch auch nicht: Ozon ist auch ein Luftschadstoff, der den sogenannten Sommersmog verursachen, die Schleimhäute reizen und Atemwegserkrankungen hervorrufen kann.

Wo das Ozonloch wann auftaucht

Ozonloch in der Antarktis

FCKW und andere ozonschädliche Gase zerstören die Ozonschicht rings um die gesamte Erde. Doch nur um den Südpol sinken die Ozonwerte derart, dass man von einem Ozonloch spricht. Im antarktischen Winter von März bis September bilden sich über der Antarktis sehr kalte, stabile Luftströmungen. Der sogenannte Polarwirbel isoliert die Antarktis, es findet keine Durchmischung der Atmosphäre mehr statt. Schadstoffe reichern sich an und frieren in der extrem kalten Polarnacht buchstäblich in der Stratosphäre fest.

Erwärmt dann mit dem Frühlingsbeginn - auf der Südhalbkugel im September - die wieder über dem Südpol aufgehende Sonne diese Luftschichten, wird das FCKW schlagartig frei und zersetzt lawinenartig das Ozon. Innerhalb weniger Wochen sinken die Ozonwerte um die Hälfte und mehr, bis das Ozonloch Ende September, Anfang Oktober seine größte Ausdehnung erreicht. Ab November verschwindet es dann langsam wieder, da die Sonneneinstrahlung neues Ozon entstehen lässt und wärmere, ozonreiche Luftmassen wieder zur Antarktis gelangen.

Antarktis-Ausreißer

Ozonschicht über der Antarktis am 2. Oktober 2015.

Das Ozonloch erreichte im Jahr 2000 und im Jahr 2015 eine Rekord-Größe. Im Oktober 2015 klaffte ein 26 Millionen Quadratkilometer großes Loch über der Antarktis. Es war damit fast so groß wie im Rekord-Jahr 2000. Die Ursache könnte der Ausbruch des Vulkans Calbuco in Chile gewesen sein, vermutet Susan Solomon, Atmosphärenchemikerin vom Massachusetts Institute of Technology. Bei Vulkanausbrüchen wird Schwefeldioxid frei, das ebenfalls Ozon abbaut. Das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) ging davon aus, dass veränderte Luftströmungen in der oberen Atmosphäre mit einer extremen Abkühlung der Stratosphäre zu dem ungewöhnlich großen Ozonloch geführt hatten.

Ozonloch in der Arktis

Eine polare stratosphärische Wolke über Kiruna, auch Perlmuttwolke genannt

Auch am Nordpol wird im Frühjahr vermehrt Ozon abgebaut. Doch ein Ozonloch tritt nur sehr selten auf, da die Luftmassen auch im arktischen Winter weder so kalt noch so stabil sind wie am Südpol. Schwere Ozonverluste gibt es hier nur nach Zeiten mit besonders tiefen Temperaturen, wie zum Beispiel nach dem kalten stratosphärischen Winter 2010/2011.

Die Erfolgsgeschichte zur Rettung der Ozonschicht ist noch nicht zuende

Wenn kurzlebige Chemikalien tatsächlich die Ozonschicht anknabbern, müssten sie in die Reglungen des Montreal-Protokolls aufgenommen werden. Wenn der Klimawandel der Ozonschicht mehr schadet als bisher angenommen, wird es schwieriger. Der Schutz der Ozonschicht zeigt erste Erfolge - an der Erfolgsgeschichte muss aber noch gearbeitet werden:

"Das ist immer noch ein ziemlich kranker Ozonschicht-Patient. Da sind wir der Meinung, man muss den weiter im Krankenhaus behalten, Fieber messen und schauen, dass er sich weiter erholt. Und erst, wenn er richtig gesund ist, kann man ihn sozusagen aus dem Krankenhaus entlassen."

Wolfang Steinbrecht vom Observatorium Hohenpeißenberg im Voralpenland, das seit 50 Jahren die Ozonschicht beobachtet

Gemeinsam gegen das Ozonloch

Die Entdeckung des Ozonlochs

Das Ozonloch über dem Südpol wurde im Jahr 1985 von Forschern des Britischen Antarktis-Dienstes entdeckt. Doch bereits 1974 warnten die Chemiker Mario José Molina und Frank Sherwood Roland davor, dass die als Treibmittel für Sprühdosen, als Kältemittel und zum Aufschäumen von Schaumstoffen verwendeten Fluorchlorkohlenwasserstoffe die Ozonschicht angreifen. Im Jahr 1995 wurden sie und der Atmosphärenforscher Paul Crutzen mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Das Montrealer Protokoll

Im Jahr der Entdeckung des Ozonlochs, Ende März 1985, wurde das Wiener Übereinkommen zum Schutz der Ozonschicht von 21 Teilnehmerstaaten unterzeichnet. Es regelt allerdings in erster Linie Formalitäten. Konkret wurde der weltweite Ausstieg aus der FCKW-Herstellung und -Verwendung Mitte September 1987 mit dem Montreal-Protokoll: 24 Staaten verpflichteten sich dazu, ihre Produktionsmenge an Ozon abbauenden Stoffen um 95 Prozent gegenüber 1987 zu reduzieren und Ersatzstoffe einzusetzen.

Erfolge von Montreal

197 Staaten haben das Protokoll ratifiziert. In mehreren Konferenzen sind seine Ziele noch weiterentwickelt worden. Von 1987 bis 2010 konnte so der Ausstoß ozonschädlicher Gase von 1,8 Millionen auf rund 4.000 Tonnen jährlich weltweit reduziert werden. Das Maximum erreichte die FCKW-Konzentration im Jahr 2000. 2006 war das Ozonloch fast so groß wie Afrika.

  • Illegale FCKW-Quelle in China entdeckt: 27.06.2018, 18.05 Uhr, IQ, Bayern 2.
  • Aus Sachsen für die Welt - Erster Kühlschrank ohne FCKW: 18.03.2018, 13.35 Uhr, Aus Wissenschaft und Technik, B5aktuell.
  • Welt ohne FCKW - Warum sich die Ozonschicht trotzdem schlecht erholt: 16.03.2018, 18.05 Uhr, IQ, Bayern 2.

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seppl, Freitag, 01.Juli, 20:00 Uhr

2.

Die Umwelt-Zerstörung auf der Erde hält jedoch weiterhin an.

HinterTürkisch, Dienstag, 27.Oktober, 18:03 Uhr

1. Kompromisse

Man sollte meinen, die Atmosphärenbestandteile beeinflussenden Chemikalien genauso leicht als Einschränkung auch des menschlichen Lebens genauso gut unterbinden zu können, wie menschliche Selbstbeschwernis (siehe Industrielobbying bei Entscheidungen des Europäischen Parlaments bis nichts mehr von der Parlamentsintention übrig bleibt); "der Mensch" bleibt so lange selbst zentriert, wie er nicht von der Ratio oder den Umständen gezwungen wird.