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Ozonloch - ein schwieriger Patient Klimawandel fördert den Ozonloch-Effekt

Seit Jahrzehnten beobachten Forscher ein Loch über der Antarktis: das Ozonloch. Nach dem Verbot von FCKW schien es zunächst, als ob die Ozonschicht heile. Doch es gibt auch Rückschläge. Jetzt ist klar: der Klimawandel ist Schuld.

Stand: 23.06.2021

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, über 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 im antarktischen Winter teilweise erheblich niedriger.

Erholt sich die Ozonschicht?

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 zeigte eine Studie vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA, dass sich das Ozonloch über der Antarktis seit dem Jahr 2000 langsam verkleinerte und die Ozonschicht wieder dicker wurde: In diesen Jahren stieg die Konzentration von Ozon in der ersten Septemberhälfte, wenn das Ozonloch normalerweise am größten und die Ozon-Konzentration somit am niedrigsten ist, alljährlich wieder um 2,5 Dobson. Umgerechnet auf die Fläche entsprach das 2016 einem um vier Millionen Quadratkilometer kleineren Ozonloch als im Jahr 2000. Die Experten schätzten, dass sich die Ozonschicht bis Mitte des Jahrhunderts vollständig erholt haben könnte, von "Heilung" war in der Studie die Rede.

"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."

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

Ausreißer oder Trendwende? Rekordwerte für Ozonloch über der Antarktis

Ozonschicht über der Antarktis am 2. Oktober 2015.

Ganz so stetig ist der Prozess allerdings nicht. 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. Als Ursache vermuteten Forscher einerseits den Ausbruch des Vulkans Calbuco in Chile: Bei Vulkanausbrüchen wird Schwefeldioxid frei, das ebenfalls Ozon abbaut. Das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) ging dagegen davon aus, dass veränderte Luftströmungen in der oberen Atmosphäre mit einer extremen Abkühlung der Stratosphäre zu dem ungewöhnlich großen Ozonloch geführt hatten.

Die Jahre danach brachten ein Aufatmen: Das Ozonloch über der Antarktis war 2016 und 2017 wieder deutlich geschrumpft. Insgesamt wirkte die Entwicklung positiv, die Verringerung des Ozonlochs wurde schon als Erfolgsgeschichte gefeiert. Doch allmählich ist unklar, was der Trend und was der Ausreißer ist: Im antarktischen Winter 2018 und 2020 erreichte das Ozonloch erneut Rekordgrößen. Ursache war vermutlich ein außergewöhnlich starker und stabiler Polarwirbel. Ein kleineres Ozonloch im antarktischen Winter 2019 wird dagegen von einigen Wissenschaftlern als wetterbedingter Ausreißer gesehen. Eines ist auf jeden Fall deutlich: Der Patient Ozonloch ist noch längst nicht über den Berg!

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 und selten auch um den Nordpol 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.

Erstmals 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. Im Februar/März 2020 herrschte ein extrem kaltes und stabiles Tiefdruckgebiet mit besonders starken Polarwinden, sodass im März 2020 erstmals ein längeranhaltendes Ozonloch über dem Nordpol beobachtet werden konnte.

Ozonschicht wird auch in den mittleren Breiten in tieferen Schichten dünner

Nicht nur an den Polen sind Veränderungen in der Ozonschicht beobachtet worden. Bereits 2018 entdeckte ein internationales Team unter Leitung von Forschern der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) gegenläufige Entwicklungen der Ozonschicht in mittleren Breiten. Die Forscher stellten fest, dass in tieferen Schichten der Stratosphäre die Ozonschicht zwischen dem 60. Breitengrad Süd und dem 60. Breitengrad Nord dünner wird, also in den dicht besiedelten mittleren Breiten - wo auch Deutschland liegt - und in den Tropen.

Klimawandel fördert Ozonloch

Ursache dafür könnte der Klimawandel sein. Bei ungebremst fortschreitender globaler Erwärmung könnte die eigentlich erwartete Erholung der Ozonschicht über der Arktis ausbleiben. Darauf weisen Ergebnisse der Mosaic-Polarexpedition hin. Diese flossen in eine Studie von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven ein, die im Juni 2021 im Wissenschaftsmagazin „Natur Communications“ veröffentlicht wurde.

Demnach gab es im Frühjahr 2020 einen Rekordverlust von Ozon in der arktischen Stratosphäre. Die Annahme, dass sich die Ozonschicht regenerieren und das Ozonloch sich sogar wieder schließen könne, sei demnach wohl ein Fehlschluss. Die Ozonschicht-Dicke sei um mehr als die Hälfte reduziert worden - obwohl die Konzentration ozonzerstörender Substanzen seit der Jahrtausendwende sinke. "Eine umfassende Analyse hat nun ergeben, dass dies auch das Resultat von Klimaveränderungen war", erklärte Expeditionsleiter Markus Rex. Denn der Treibhauseffekt des Klimawandels verändert die atmosphärische Zirkulation: Die Luft aus den Tropen wird schneller und tiefer polwärts transportiert, wodurch weniger Ozon produziert wird.

Chemikalien als Ursache?

Eine zweite mögliche Ursache könnten sogenannte VSLS ("Very Short-Lived Substances") sein - sehr kurzlebige chlor- und bromhaltige Chemiekalien wie beispielsweise Dichlormethan. 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

Mehr Ozon am Boden ist auch keine Lösung

Ironischerweise werden wir allerdings weiterhin geschützt vor schädlicher UV-Strahlung, denn die Gesamtdichte an Ozon hat sich kaum verändert: Emissionen in Bodennähe, also eigentlich gesundheitsschädliche hohe Ozonwerte, gleichen den Verlust in niedrigen Stratosphären-Schichten nach Ansicht der Forscher aus. Eine Lösung ist das nicht: Ozon ist ein Luftschadstoff, der den sogenannten Sommersmog verursachen, die Schleimhäute reizen und Atemwegserkrankungen hervorrufen kann.

Die Erfolgsgeschichte zur Rettung der Ozonschicht ist noch nicht zuende

Wenn kurzlebige Chemikalien tatsächlich die Ozonschicht anknabbern, müssten sie in die Regelungen des Montreal-Protokolls aufgenommen werden. Wenn der Klimawandel der Ozonschicht mehr schadet als bisher angenommen, wird es schwieriger.

"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.


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