Klimawandel und Folgen für die Ozonschicht

Am 16. September 2007 jährt sich zum 20. Mal die Verabschiedung des „Montrealer Protokolls“ zum Schutz der Ozonschicht.

Die Vereinbarung ist ein außergewöhnlich positives Beispiel dafür, dass die internationale Staatengemeinschaft wirksam auf globale Umweltprobleme reagiert. Die Konzentration von Ozon abbauender Substanzen in der Atmosphäre nimmt seit Mitte der 90-er Jahre ab. Bremer Umweltphysiker haben sich seit der Entdeckung der „Ozonlöcher“ an internationalen Forschungsprojekten beteiligt, um die Vorgänge des Ozonabbaus über den Polen wissenschaftlich zu verstehen.

Vom 17. – 21. September 2007 findet auf Einladung von Professor John Burrows im Institut für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen die Tagung des wissenschaftlichen Lenkungsausschusses des internationalen Forschungsprogramms „Stratospheric Processes and their Role in Climate (SPARC)“ statt, einem Unterprogramm des Welt-Klimaforschungsprogramms (World Climate Research Program, WRCP). Im Zusammenhang mit dieser Tagung wird es am 17. und 18. September auch einen wissenschaftlichen Workshop deutscher Ozonexperten in Bremen geben.

Ein Schwerpunkt der SPARC-Veranstaltungen ist die Frage, wie sich die Ozonschicht in den nächsten Jahren und Jahrzehnten entwickeln wird und welchen Einfluss das sich ändernde Klima darauf hat. Eine wesentliche Unsicherheit bei der Prognose der weiteren Entwicklung der Ozonschicht betrifft das Wechselspiel von Ozonschicht und Klimaänderungen aufgrund der Zunahme von Treibhausgasen wie CO2 in der Atmosphäre. Während die Zunahme von Treibhausgasen zu einer globalen Erwärmung am Erdboden führt, bewirkt sie in den großen Höhen der Ozonschicht eine Abkühlung mit entsprechenden Auswirkungen auf die Ozonchemie. Modellrechnungen zeigen, dass sich durch die Klimaänderungen auch die atmosphärische Zirkulation verändern kann. Dadurch ist dann ebenfalls eine Beeinflussung der Ozonschicht möglich.

Zum Montrealer Protokoll

In diesem internationalen Abkommens von 1987 verpflichten sich die Vertragsparteien zu einer stufenweisen Reduzierung der Produktion derjenigen chemischen Verbindungen, die wesentlich zum Abbau der Ozonschicht beitragen – eine aus politischer Sicht schnelle Reaktion. Denn erst zwei Jahre vorher gab es erste Hinweise, dass es über der Antarktis zu einem dramatischen Ozonrückgang und der Entstehung eines „Ozonlochs“ gekommen war. Schon bald konnte man nachweisen, dass für die Entstehung des Ozonlochs die Emission von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und einiger anderer Halogenverbindungen, die zum Beispiel als Treibmittel in Sprühdosen verwendet wurden, verantwortlich ist. Um dem durch die Halogenverbindungen verursachten Ozonabbau Einhalt zu gebieten, kam es am 16. September 1987 zur Verabschiedung des „Montrealer Protokolls über Stoffe, die zu einem Abbau der Ozonschicht führen“ – das mit Ergänzungen mittlerweile von über 190 Staaten ratifiziert wurde. Die Auswirkungen des Montrealer Protokolls sind bereits messbar: Die atmosphärischen Konzentrationen einiger geregelter Substanzen nehmen seit Mitte der 90-er Jahre in der unteren Atmosphäre ab. Als Folge davon erwartet man eine langsame Erholung der Ozonschicht. Vor diesem Hintergrund ist das Montrealer Protokoll als ein großer Erfolg zu sehen.

Beobachtung der Ozonschicht mit Bremer Know-how

Bereits im Jahre 1973 entdeckten die Wissenschaftler Sherwood Rowland und Mario Molina, dass eine Reihe in großem Umfang industriell hergestellter Chlorverbindungen (FCKW oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe) in der Lage sind, die stratosphärische Ozonschicht empfindlich zu schädigen. Für diese Entdeckung erhielten sie im Jahr 1995 den Nobelpreis für Chemie. FCKWs wurden beispielsweise als Kühlmittel in Kühlschränken und Klimaanlagen oder als Treibmittel in Sprühdosen verwendet und galten aufgrund ihrer Reaktionsträgheit als ungefährliche Substanzen, die bedenkenlos in die Atmosphäre entweichen konnten. Aufgrund der Ergebnisse von Rowland und Molina erwartete man durch den Anstieg der FCKW-Konzentration in der Atmosphäre eine langsame Abnahme der Ozonschichtdicke. Die Entdeckung des Antarktischen Ozonloch kam dann aber völlig überraschend: Niemand hatte vorher damit gerechnet, dass es ausgerechnet über der fernab der Zivilisation gelegenen Antarktis zu einer so massiven Schädigung der Ozonschicht kommen würde. Nachdem unmittelbar nach der Entdeckung des Ozonlochs verschiedene wissenschaftliche Erklärungsansätze miteinander konkurrierten, konnten im südhemisphärischen Frühling des Jahres 1987 durch Flugzeugmessungen über der Antarktis erhöhte Chlorkonzentrationen als Ursache der Ozonvernichtung durch Flugzeugmessungen über der Antarktis identifiziert werden. Mittlerweile sind die physikalischen und chemischen Prozesse, die zur massiven Ozonvernichtung innerhalb des Ozonlochs führen, gut verstanden. Von zentraler Bedeutung sind dabei besonders tiefe Temperaturen, wie sie im Winter über der Antarktis in der Ozonschicht auftreten. Bei diesen tiefen Temperaturen können sich in 15 bis 20 km Höhe polare Stratosphärenwolken bilden, auf denen chemische Reaktionen ablaufen, die eher unreaktive Chlorverbindungen in sehr reaktive Substanzen umwandeln.

Auch in der Nordhemisphäre über der Arktis wurde in einzelnen kalten Wintern ein massiver Ozonabbau ähnlich wie im antarktischen Ozonloch beobachtet. Wissenschaftler des Instituts für Umweltphysik an der Universität Bremen haben dabei in den vergangenen Jahren wesentlich zur Untersuchung des arktischen Ozonabbaus beigetragen. Seit 1995 liefern die beiden Satellitenexperimente GOME und SCIAMACHY, an deren Entwicklung und Betrieb das Institut für Umweltphysik unter Leitung von Professor John Burrows maßgeblich beteiligt ist, verlässliche globale Beobachtungen der Ozonschicht. Professor John Burrows ist Initiator und Principal Investigator des SCIAMACHY Instruments, das als deutsch-niederländisch-belgisches Gemeinschaftsprojekt Europas Beitrag zur langfristigen Überwachung der Ozonschicht ist.

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Fachbereich Physik/Elektrotechnik
Institut für Umweltphysik:
Prof. Dr. John Burrows
Dr. Björn-Martin Sinnhuber
Tel. 0421 218 8958
E-Mail bms@iup.physik.uni-bremen.de
Weitere Informationen:
http://www.iup.uni-bremen.de
http://www.iup.uni-bremen.de/sciamachy/sparc
http://www.iup.uni-bremen.de/montreal_protocol_20y
http://www.atmosp.physics.utoronto.ca/SPARC
http://www.sciamachy.de