Ungewöhnlich kalte Temperaturen verursachten im Winter 2010/2011 die bislang massivste Zerstörung der Ozonschicht über der Arktis: Die Mechanismen, die zum ersten Ozonloch über dem Nordpol führten, haben Wissenschaftler des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) des KIT untersucht. Demnach kann eine weitere Abkühlung der Ozonschicht den Einfluss ozonzerstörender Stoffe wie etwa Fluorkohlenwasserstoffe (FCKW) verstärken, sodass mit einem wiederholten Auftreten eines Ozonlochs über der Arktis zu rechnen ist.
Vor knapp einem Jahr beobachteten die Wissenschaftler des IMK gemeinsam mit Kollegen aus Oxford, dass die Ozonzerstörung über der Arktis erstmals Ausmaße erreicht hatte, die mit denen des Ozonlochs über dem Südpol vergleichbar sind. Die KIT-Forscher untersuchten anschließend, welche besonderen Mechanismen dazu führten. Ihre Ergebnisse haben sie nun in der Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ veröffentlicht.
Ein wesentlicher Grund für das Auftreten des arktischen Ozonlochs waren demnach die ungewöhnlich kalten Temperaturen in der Ozonschicht, die in etwa 18 Kilometern Höhe in der Stratosphäre, also der zweiten Schicht der Erdatmosphäre, liegt. Dort werden bei Temperaturen unter -78° Celsius Chlorverbindungen, die aus Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW, z. B. Treibgase und Kühlmittel) und anderen Schadstoffen stammen, chemisch so umgewandelt, dass sie die Ozonschicht angreifen und teilweise zerstören. Setze sich der in den vergangenen Jahrzehnten beobachtete Trend zu immer kälteren Temperaturen in der Stratosphäre fort, sei für die Zukunft wiederholt mit dem Auftreten eines arktischen Ozonlochs zu rechnen, so eine der Kernaussagen der Studie.
Das Forscherteam des IMK hat dafür Messungen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre mit dem am KIT entwickelten Satelliteninstrument MIPAS analysiert und mit Modellrechnungen untersucht, wie sich eine weitere Abkühlung der Ozonschicht konkret auswirken würde. „Wir haben dabei herausgefunden, dass ein weiteres Sinken der Temperatur um nur ein Grad ausreichen würde, um zu einer fast vollständigen Zerstörung in einzelnen Bereichen der arktischen Ozonschicht zu führen", sagt Dr. Björn-Martin Sinnhuber, Hauptautor der Studie. Beobachtungen über die vergangenen 30 Jahre deuteten darauf hin, dass die Stratosphäre in kalten arktischen Wintern im Mittel um etwa ein Grad pro Jahrzehnt kälter geworden ist. Die weitere Entwicklung der Ozonschicht werde also wesentlich auch vom Klimawandel beeinflusst, so Sinnhuber. Denn während die Zunahme von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen zwar zu einer Erwärmung in den unteren Luftschichten am Erdboden führe, indem ein Teil der Wärmestrahlung von der untersten Schicht der Atmosphäre wieder zum Erdboden zurückgestrahlt werde, bewirke dies gleichzeitig eine Abkühlung der darüber liegenden Luftschichten der Stratosphäre, in denen sich die Ozonschicht befindet.
Nach der ersten Entdeckung des antarktischen Ozonlochs Mitte der 1980er-Jahre wurden die FCKW zwar rasch als Verursacher identifiziert und daraufhin im Montrealer Protokoll von 1987 verboten. Dennoch wird es Jahrzehnte dauern, bis diese Stoffe wieder endgültig aus der Atmosphäre entfernt sind. „Eine zukünftige Abkühlung der Stratosphäre würde die Auswirkungen dieser Substanzen auf die Ozonschicht verstärken und damit zusätzlich verlängern“, so Dr. Björn-Martin Sinnhuber. Mögliche Rückkopplungen auf den Klimawandel seien nun zu untersuchen.
Die aktuelle Studie ist eingebunden in langfristige Programme des IMK auf diesem Gebiet. So haben die Forscher im Dezember mit einem Höhenforschungsflugzeug von Nordschweden aus neue Messungen in der arktischen Ozonschicht unternommen: Dabei haben sie wiederum ungewöhnlich kalte Temperaturen vorgefunden. Ob sie aber über einen längeren Zeitraum tief genug sein werden, um auch in diesem Winter zu vergleichbar großen Ozonzerstörungen zu führen, lässt sich derzeit noch nicht vorhersagen.
Nähere Informationen: Geophysical Research Letters, Jahrgang 38, doi:10.1029/2011GL049784.
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