Verstehen wir den Abbau der arktischen Ozonschicht?

International führende Wissenschaftler diskutieren in Potsdam

Vom 4. bis 6. März treffen sich 70 Wissenschaftler aus 15 Nationen, um das heutige Verständnis des Ozonabbaus in den Polargebieten zu diskutieren. Gastgeber des Workshops „Arctic Ozone Loss“ ist die Forschungsstelle des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Potsdam. Aktuelle Messergebnisse zeigen, dass die Ozonschicht unter bestimmten Bedingungen erheblich schneller abgebaut wird als heutige Atmosphärenmodelle vorhersagen. Um dem auf den Grund zu gehen, beginnt im Anschluss an den Workshop ein internationales Forschungsvorhaben.

Sowohl über der Arktis als auch über der Antarktis kommt es in der Regel am Ende des polaren Winters zu einem Abbau der Ozonschicht, die die Erde vor der schädlichen ultravioletten Strahlung der Sonne schützt. Das zeigen Messungen internationaler Netzwerke, an denen auch die Neumayer-Station in der Antarktis und die Koldewey-Station auf Spitzbergen beteiligt sind. Die Prozesse, die zur Zerstörung der Ozonschicht führen, sind in den letzten Jahren weit gehend aufgeklärt worden. Basierend auf immer genaueren und kontinuierlichen Messungen häufen sich nun aber die Anzeichen, dass in der Arktis mehr Ozon zerstört wird, als mit unserem derzeitigen Verständnis erklärt werden kann. Ist unsere Kenntnis dieser Prozesse vollständig? Droht auch in der Arktis ein dem antarktischen Ozonloch vergleichbarer Zusammenbruch der Ozonschicht?

Der Workshop „Arctic Ozone Loss“ ist Teil eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in seinem Atmosphärenforschungsprogramm 2000 (AFO2000) geförderten Forschungsvorhabens und betont die internationale Einbindung der deutschen Aktivitäten auf diesem Gebiet. Direkt im Anschluss an den Workshop beginnt, ebenfalls in Potsdam, das europäische Forschungsprojekt QUOBI (Quantitative Understanding of Ozone Losses by Bipolar Investigations), das Fragestellungen der Konferenz aufgreift und umfangreiche Messkampagnen in Arktis und Antarktis vorsieht. Im Verlauf dieses Projektes werden Berechnungen der Zusammensetzung der Atmosphäre mit den in den Messkampagnen gewonnenen Daten verglichen. Dies wird die Wissenschaftler eventuelle Schwächen der derzeitigen Atmosphärenmodelle erkennen lassen und eine realistischere Wiedergabe der atmosphärischen Prozesse in Modellrechnungen ermöglichen. Das AWI koordiniert dieses Forschungsprojekt. Neunzehn Institute aus neun europäischen und vier außereuropäischen Ländern arbeiten daran mit. QUOBI wird von der Europäischen Union und den außereuropäischen Kooperationspartnern finanziert.

Hintergrund

Die Ozonschicht umgibt die Erde in etwa 20 km Höhe und schützt uns vor den schädlichen Anteilen der Sonnenstrahlung. Über der Antarktis wird diese Ozonschicht in jedem antarktischen Winter und Frühjahr zu einem großen Teil zerstört. Hier bildet sich das seit 1985 bekannte Ozonloch. Schuld an diesem Prozess ist die Freisetzung von chlor- und bromhaltigen Substanzen. Auch über der Arktis kam es in einigen Wintern des vergangenen Jahrzehnts zu schweren Ozonverlusten durch ähnliche Prozesse wie in der Antarktis. Die Luftmassen, in denen in der Arktis Ozon zerstört wurde, treiben im Frühjahr in mittlere Breiten. Das führt dazu, dass auch über Europa weniger Ozon vorhanden ist.
Die Forschung hat ergeben, dass der Ozonabbau durch Chlor- und Bromverbindungen verursacht wird, die Abbauprodukte der seit den siebziger Jahren im großen Umfang industriell produzierten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Halone sind. Die Produktion dieser Substanzen ist inzwischen weltweit nahezu vollständig verboten. Die vor dem Verbot freigesetzten FCKWs und Halone haben aber eine Lebensdauer von etwa fünfzig Jahren, so dass die Belastung der Atmosphäre mit diesen Substanzen noch einige Jahrzehnte sehr hoch bleiben wird.

Treffen die Abbauprodukte dieser Gase auf Partikel, die sich bei den extrem niedrigen Temperaturen in der winterlichen polaren Atmosphäre in etwa 20 km Höhe bilden, so entstehen daraus aggressive Radikalverbindungen, die in einem katalytischen Prozess Ozon zerstören. „Katalytisch“ bedeutet, dass nach der Zerstörung eines Ozonmoleküls die Radikalverbindung sofort wieder gebildet wird und das nächste Ozonmolekül angreifen kann – ein Teufelskreis. Dieser Prozess benötigt allerdings die Energie des Sonnenlichts. Der Ozonabbau kommt daher erst am Ende der in Arktis und Antarktis im Winter herrschenden dunklen Polarnacht richtig in Gang, und das antarktische Ozonloch erreicht seine größte Ausdehnung im antarktischen Frühling. Im Sonnenlicht werden aber auch die reaktiven Chlorradikale im Verlauf einiger Wochen wieder in reaktionsträgen Chlorverbindungen gebunden, so dass der schnelle Ozonabbau im späteren Frühjahr wieder zum Erliegen kommt. Das Ozonloch schließt sich dann wieder durch Vermischung mit ozonreicherer Luft aus mittleren Breiten.

Diese hier vereinfacht dargestellten komplizierten Prozesse konnten durch die Forschung der letzten Jahre weit gehend geklärt werden. Werden nun aber Modellrechnungen dieser Vorgänge mit genauen Messungen der Ozonabbaurate verglichen, stellt man oft fest, dass bei tiefen Temperaturen und bei tief stehender Sonne das Ozon bis zu doppelt so schnell abgebaut wird, wie mit Modellen berechnet wird. Eine beunruhigende Diskrepanz – schließlich beruhen heutige Vorhersagen der zukünftigen Entwicklung der Ozonschicht auf eben diesen Modellrechnungen.

Weitere Informationen:
Dr. Markus Rex, Alfred-Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung, Forschungsstelle Potsdam, Telefon: 0331-288-2127, Handy: 0174/3118070, Email: mrex@awi-potsdam.de
Pressestelle Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven, Claudia Ratering, Telefon 0471/4831-1680.