Ozonloch-Entstehung: Jülicher entdecken Barrieren

Jülicher Atmosphärenforscher haben jetzt ein Phänomen entdeckt, das wesentlich zur frühen Entstehung des Ozonlochs beiträgt: Im Polarwirbel – dort bildet sich in jedem Winter das Ozonloch über der Antarktis – baut sich eine doppelte Transportbarriere auf. Sie verhindert den Luftaustausch zwischen der ozonreichen Umgebungsluft und der ozonarmen Schicht im Inneren des Wirbels. Stickstoff spielt bei diesem Vorgang ebenfalls eine wichtige Rolle. (Development of tracer relations and chemical ozone loss during the setup phase of the polar vortex, S. Tilmes et al., Journal of Geophysical Research, Vol 111)

„Die Zukunft des Ozonlochs kann mithilfe von Klimamodellen erst dann verlässlich vorhergesagt werden, wenn Prozesse wie die Bildung des Ozonlochs richtig verstanden werden“, erklärt Simone Tilmes, die am Forschungszentrum Jülich die wissenschaftlichen Daten auswertete und nun am renommierten National Center for Atmospheric Research in Boulder, USA forscht, gefördert von der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldia.

Regelmäßig im Winter bildet sich in der Antarktis das bekannte Ozonloch in der Stratosphäre. Hier dreht sich in den Wintermonaten in etwa zwanzig Kilometern Höhe der so genannte Polarwirbel. In diesen sehr kalten, durch starke Windströmungen von der Umgebung isolierten Luftmassen wird in einem breiten Bereich in jedem Winter das gesamte Ozon zerstört.

„Die vom Menschen verursachte Belastung der Stratosphäre mit Chlorverbindungen ist mittlerweile eindeutig als Ursache für das Ozonloch identifiziert“, erklärt Dr. Rolf Müller vom Forschungszentrum Jülich. „Bislang wissen wir aber noch extrem wenig darüber, was in der antarktischen Stratosphäre im Herbst unmittelbar vor der Ausbildung des Ozonlochs passiert“, macht der Atmosphäreforscher deutlich.

Erstmals stehen nun Daten aus einem japanischen Satellitenexperiment (ADEOS-II/ILAS-II: Advanced Earth Observing Satellite/ Improved Limb Atmospheric Spectrometer) zur Verfügung, die es erlauben, die Bedingungen in der Frühphase des sich bildenden Ozonlochs zu untersuchen. Jülicher Wissenschaftler konnten zusammen mit ihren japanischen Kollegen zeigen, dass die Luft im Inneren des Polarwirbels auch während der Wirbelbildung von der umgebenden Luftschicht stärker abgeschirmt ist, als bisher bekannt.

Die Wissenschaftler entdeckten eine doppelte „Transportbarriere“ am Rand und innerhalb des Polarwirbels, die dafür sorgt, dass es keinen Austausch zwischen dem Polarwirbel und den umgebenden Luftmassen gibt. Sie führt dazu, dass schon im Frühwinter der Ozonverlust beginnt: Der natürlicherweise in der Stratosphäre vorkommende Stickstoff baut in diesem frühen Stadium Ozon ab. Die Barriere im Polarwirbel sorgt dafür, dass sich die nun ozonarme Luft nicht mit den ozonreichen Luftmassen außerhalb des Wirbels austauschen kann. Mit sinkenden Temperaturen im Polarwirbel bilden sich Eiswolken, an denen der bekannte Ozonabbau durch Chlorradikale stattfindet. Das Ozonloch entsteht.

Ein Trend ist sichtbar: „Die Stratosphäre kühlt sich immer weiter ab und im Polarwirbel werden immer neue Kälterekorde gebrochen“, stellt Rolf Müller fest. Dadurch werden die Polarwirbel immer stabiler und der Austausch zwischen ozonreichen- und armen Luftschichten geringer. Ob hier sich hier bereits der Klimawandel bemerkbar macht, ist noch nicht geklärt.

Eine Grafik zu dem Thema finden sie auf unserem Portal unter www.fz-juelich.de: Ozonverteilung (in ppm) im Polarwirbel (schwarzer Kreis) über der Antarktis und in der Umgebungsluft; von März (o. li.) bis Juni 2003 (u. re.) (Aus Messungen des MIPAS Instruments auf dem ESA Satelliten Envisat)