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Die Ozonwerte über der Arktis erreichten im März ein Rekordtief, berichten NASA-Forscher. Eine Analyse von Satellitenbeobachtungen zeigt, dass die Ozonwerte am 12. März mit 205 Dobson-Einheiten ihren tiefsten Stand erreichten.

Solche niedrigen Werte sind zwar selten, aber nicht beispiellos. Ähnlich niedrige Ozonwerte traten in der oberen Atmosphäre, der Stratosphäre, 1997 und 2011 auf. Im Vergleich dazu liegt der niedrigste Ozonwert, der im März in der Arktis beobachtet wurde, normalerweise bei 240 Dobson-Einheiten.

„Der diesjährige niedrige Ozonwert in der Arktis kommt etwa einmal pro Jahrzehnt vor“, sagte Paul Newman, leitender Wissenschaftler für Geowissenschaften am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Für die allgemeine Gesundheit der Ozonschicht ist dies besorgniserregend, da die arktischen Ozonwerte typischerweise im März und April hoch sind.“

Der 12. März 2019 zeigt in Rot- und Gelbtönen die höhere Konzentration von stratosphärischem Ozon über der Arktis, die von Jahr zu Jahr viel typischer sind. Normalerweise stören von Dezember bis März Wellen in der oberen Atmosphäre die zirkumpolaren Winde und bewirken eine Vermischung von Ozon aus den mittleren Breiten sowie eine Erwärmung, die zu einem geringeren Ozonabbau führt. Kredit: Goddard Space Flight Center der NASA. Ozondaten und Karten zum Herunterladen.

Ozon ist ein hochreaktives Molekül, das aus drei Sauerstoffatomen besteht und natürlich in geringen Mengen vorkommt. Die stratosphärische Ozonschicht, die sich etwa 7 bis 25 Meilen über der Erdoberfläche befindet, ist ein natürlicher Sonnenschutz, der schädliche ultraviolette Strahlung absorbiert, die Pflanzen und Tiere schädigen und Menschen durch Katarakte, Hautkrebs und ein geschwächtes Immunsystem beeinträchtigen kann.

Der Ozonabbau in der Arktis im März wurde durch eine Kombination von Faktoren verursacht, die durch ungewöhnlich schwache „Wellen“ in der oberen Atmosphäre von Dezember bis März entstanden sind. Diese Wellen treiben Luftbewegungen durch die obere Atmosphäre an, die den Wettersystemen ähneln, die wir in der unteren Atmosphäre erleben, nur in viel größerem Maßstab.

In einem typischen Jahr wandern diese Wellen von der unteren Atmosphäre der mittleren Breiten nach oben und stören die zirkumpolaren Winde, die um die Arktis herumwirbeln. Wenn sie die Polarwinde stören, bewirken sie zwei Dinge. Erstens bringen sie Ozon aus anderen Teilen der Stratosphäre mit und füllen so das Reservoir über der Arktis wieder auf.

Das antarktische Ozonloch, das jedes Jahr im September und Oktober während des Frühlings auf der Südhalbkugel auftritt, weist typischerweise viel niedrigere Ozonwerte auf als die Arktis. Die violetten und tiefblauen Farben zeigen das Ausmaß der niedrigen Ozonwerte am 12. Oktober 2018, als sie auf 104 Dobson-Einheiten sanken. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center. Ozondaten und Karten herunterladen.

„Stellen Sie sich vor, Sie haben einen roten Farbklecks, niedriges Ozon über dem Nordpol, in einem weißen Eimer mit Farbe“, sagte Newman. „Die Wellen rühren die weiße Farbe um, d.h. höhere Ozonmengen in den mittleren Breiten, während die rote Farbe bzw. das niedrige Ozon durch den starken Jetstream, der um den Pol kreist, zurückgehalten wird.“

Die Vermischung hat einen zweiten Effekt, nämlich die Erwärmung der arktischen Luft. Die wärmeren Temperaturen schaffen dann ungünstige Bedingungen für die Bildung von polaren stratosphärischen Wolken. Diese Wolken ermöglichen die Freisetzung von Chlor für ozonabbauende Reaktionen. Ozonabbauendes Chlor und Brom stammen aus Fluorchlorkohlenwasserstoffen und Halonen, den chemisch aktiven Formen von Chlor und Brom, die aus künstlich hergestellten Verbindungen stammen, die inzwischen durch das Montrealer Protokoll verboten sind. Durch die Vermischung wird dieser chlor- und brombedingte Ozonabbau gestoppt.

Im Dezember 2019 und von Januar bis März 2020 waren die stratosphärischen Wellenereignisse schwach und haben die Polarwinde nicht gestört. Die Winde wirkten daher wie eine Barriere und verhinderten, dass Ozon aus anderen Teilen der Atmosphäre die niedrigen Ozonwerte über der Arktis auffüllte. Außerdem blieb die Stratosphäre kalt, was zur Bildung von polaren Stratosphärenwolken führte, die durch chemische Reaktionen reaktive Formen von Chlor freisetzen und den Ozonabbau verursachen konnten.

„Wir wissen nicht, warum die Wellendynamik in diesem Jahr so schwach war“, sagte Newman. „Aber wir wissen, dass der Ozonabbau in der Arktis in diesem Jahr viel schlimmer ausgefallen wäre, wenn wir nicht aufgrund des Montrealer Protokolls aufgehört hätten, Fluorchlorkohlenwasserstoffe in die Atmosphäre einzubringen.“

Seit dem Jahr 2000 ist der Gehalt an Fluorchlorkohlenwasserstoffen und anderen vom Menschen verursachten ozonabbauenden Stoffen in der Atmosphäre messbar zurückgegangen und nimmt weiter ab. Fluorchlorkohlenwasserstoffe sind langlebige Verbindungen, die Jahrzehnte brauchen, um sich abzubauen, und Wissenschaftler erwarten, dass sich die Ozonwerte in der Stratosphäre bis Mitte des Jahrhunderts wieder auf das Niveau von 1980 erholen werden.

NASA-Forscher bevorzugen den Begriff „Abbau“ über der Arktis, da trotz des diesjährigen Rekordtiefs der Ozonschicht der Ozonverlust immer noch viel geringer ist als das jährliche „Ozonloch“, das im September und Oktober während des Frühlings auf der Südhalbkugel über der Antarktis entsteht. Zum Vergleich: Die Ozonwerte über der Antarktis sinken normalerweise auf etwa 120 Dobson-Einheiten.

Die NASA überwacht zusammen mit der National Oceanic and Atmospheric Administration das stratosphärische Ozon mit Hilfe von Satelliten, darunter der NASA-Satellit Aura, der NASA-NOAA-Satellit Suomi National Polar-orbiting Partnership und das NOAA Joint Polar Satellite System NOAA-20. Der Microwave Limb Sounder an Bord des Aura-Satelliten schätzt auch die stratosphärischen Werte des ozonzerstörenden Chlors.

Um die neuesten Daten über das stratosphärische Ozon zu sehen, besuchen Sie https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/.