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Umwelt Ozon Arktis
Arktis Ozonloch erstmals in der Arktis beobachtet 2020
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Entwicklung der Ozonschicht über der Arktis
Ozonloch erstmals in der Arktis beobachtet
Kritischer Ozongesamtwert von 220 Dobson Einheiten unterschritten
Aussergewöhnliche Wettersituation und hohe Chlorkonzentrationen in der Atmosphäre begünstigten den Ozonabbau

Wie ein Schutzmantel breitet sich die Ozonschicht über uns aus und absorbiert einen Grossteil der schädlichen UV-Strahlung der Sonne.

Wenn die Schutzschicht jedoch so dünn wird, dass sie den Normalwert um etwa ein Drittel unterschreitet, dann spricht man von einem "Ozonloch".

Erstmals zeigt sich nun ein Ozonloch in voller Ausprägung über der Arktis, wie Atmosphärenforscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) beobachtet haben. Unterschritten wurde der kritische Ozonwert von 220 Dobson Einheiten - normalerweise kommt das in der Polregion nur im Frühling in der Antarktis vor, nicht aber in der Arktis auf der Nordhalbkugel.

Die aktuelle Analyse der Ozonschicht zeigt, dass der Ozonabbau in der Arktis durch die aussergewöhnlich langanhaltenden und starken Polarwinde in den letzten zwei Monaten begünstigt wurde. Damit jedoch ein klassisches Ozonloch über dem Polarkreis entsteht, müssen verschiedene chemische und dynamische atmosphärische Vorgänge miteinander zusammenwirken.

Wie das Ozonloch entstanden ist

Zwischen Anfang Februar und Mitte März stellte der Polarwirbel über der Arktis neue Rekorde auf - das jahreszeittypische Tiefdruckgebiet in der Stratosphäre war extrem stark, stabil und kalt: In 30 Kilometer Höhe wurden zonale Windgeschwindigkeiten von mehr als 50 Meter pro Sekunde gemessen und die Temperaturen in 20 Kilometer Höhe sanken auf Werte von etwa Minus 80 Grad Celsius. Da bis März Polarnacht herrscht und die Sonne nicht scheint, haben sich die Luftmassen in der Stratosphäre in den letzten Wochen und Monaten entsprechend stark abgekühlt. So konnten sich vermehrt "Perlmuttwolken" bilden. An diesen polaren Stratosphärenwolken laufen zahlreiche chemische Reaktionen ab, sodass sie auch eine Grundvoraussetzung für die Verarbeitung des atmosphärischen Ozons schaffen.

Wenn die Sonne in der Polregion im Frühling langsam aufgeht und somit die notwendige Energie für die Reaktionsprozesse liefert, beginnt der Ozonabbau. Das Ozon wird dann durch die immer noch hohen Chlorkonzentrationen in der Atmosphäre abgebaut, welche von FCKW-Gasen (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) verursacht wurden. Dieser gesamte Prozess hat derzeit in der Arktis zur Konsequenz, dass sich innerhalb des Polarwirbels ein Ozonloch ausgebildet hat. Der Bereich der stark reduzierten Ozonwerte reicht bis etwa 60 Grad nördlicher Breite. Die Gründe, dass sich gegenwärtig das Ozonloch in der Arktis ausbildet sind also zum einen der aussergewöhnlichen Dynamik der Stratosphäre in diesem Winter geschuldet, zum anderen der immer noch hohen atmosphärischen Chlorkonzentration.

Wird sich die Ozonschicht erholen?

Dank der internationalen Massnahmen zum Schutz der Ozonschicht, ist seit einigen Jahren eine generelle Erholung der Ozonschicht sichtbar. "Aus heutiger Sicht und bei strenger Einhaltung der bestehenden Schutzmassnahmen können wir davon ausgehen, dass sich bis Mitte dieses Jahrhunderts die Ozonschicht wieder vollständig erholen wird, auch in den Polarregionen", sagt Prof. Dr. Martin Dameris vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre.

Das betrifft insbesondere die Einhaltung des "Montreal Protokolls" auf dem Jahr 1987 wie auch der folgenden Umweltabkommen der Vereinten Nationen. Das Verbot der Produktion und Nutzung von FCKW und anderen Ozon-zerstörenden Substanzen hat bewirkt, dass die atmosphärischen Konzentrationen dieser Stoffe mit 20 Prozent seither deutlich zurückgegangen sind.

Trotzdem sind auch heute noch erhöhte FCKW-Gehalte in der Atmosphäre vorhanden. Der Chlorgehalt in der Stratosphäre ist noch relativ hoch, da die Flourkohlenwasserstoffe eine sehr lange Lebenszeit von mehreren Jahrzehnten haben. Unter entsprechenden meteorologischen Bedingungen können dadurch weiterhin Ozonlöcher entstehen, wie die neue Situation in der Arktis zeigt.

"Wir überwachen die Atmosphäre laufend und dokumentieren die Entwicklung der Ozonschicht. Dadurch können wir besondere Situationen wie jetzt in der Arktis wissenschaftlich erklären. Mit Hilfe von Satellitendaten können wir aber auch die Wirksamkeit von Schutzmassnahmen überprüfen und gegebenenfalls weitere Handlungsempfehlungen ableiten", ergänzt Dameris. Die Forscher nutzen dazu insbesondere den Wächtersatelliten Sentinel-5P mit seinem Messinstrument TROPOMI sowie die Messungen des GOME-2-Instruments an Bord der Wettersatelliten Metop-A und Metop-B. Die Satellitendaten werden vom DLR-Erdbeobachtungszentrum (EOC) in Oberpfaffenhofen bereitgestellt, im Auftrag der ESA und EUMETSAT. Die Atmosphärenforscher des DLR behalten die Ozonschicht und die globalen Klimaveränderungen somit weiter fest im Blick.

Was ist ein Ozonloch?

Das Ozon in der Atmosphäre befindet sich zu rund 90 Prozent in einer Höhe zwischen 15 und 30 Kilometer. Als "Ozonschicht" erfüllt das Spurengas dort eine wichtige Schutzfunktion, indem es einen Grossteil der schädlichen UV-Strahlung der Sonne absorbiert. Um die Ozongesamtmenge in der Atmosphäre über einem bestimmten Ort zu messen, nutzt man die sogenannte "Dobson Einheit" (engl. Dobson Unit, DU).

Eine Ozonschicht mit dem Wert von 100 Dobson Einheiten entspricht einer 1 Millimeter dicken Säule, die aus reinem Ozon besteht. Sobald dieser Messwert unter 220 DU sinkt, spricht man von einem "Ozonloch". Die Ozonschicht ist dann mindestens 30 Prozent dünner als normal.

Quelle: Text Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 25. März 2020
Antarktis
2020 Riesiges Ozonloch über dem Südpol
Die Dobson-Einheit (Dobson Unit, DU)

Um die Ozongesamtmenge in der Atmosphäre über einem bestimmten Ort zu messen, nutzt man die sogenannte "Dobson Einheit" (engl. Dobson Unit, DU).

Die Dobson-Einheit (Dobson Unit, DU) ist definiert als eine 0,01 mm dicke Schicht von reinem Ozon, gemessen am Boden bei einer Temperatur von 0 °C und einem Luftdruck von 1 Atmosphäre. Wäre das gesamte Ozon in einer Luftsäule am Boden konzentriert, so entsprächen 330 DU einer Ozonschicht von 3,3 mm Dicke.

Quelle: BAFU
Perlmuttwolken
Wo sich Perlmuttwolken am Himmel über der Arktis bilden, wird Ozon abgebaut. Der Grund: Die Wolken aus Salpetersäure (HNO3) und Wasser (H2O) verwandeln die normalerweise harmlosen Abbauprodukte der vom Menschen freigesetzten Fluorchlorkohlenwasserstoffe und Halone in ein gefährliches Gemisch aus Radikalen, welches Ozon zerstört.
Perlmuttwolken heissen in der Fachsprache «Polare Stratosphären Wolken» oder englisch «polar stratospheric clouds - PSCs»
Quelle: AWI
Halogene
Zu den Halogenen gehören die chemischen Elemente Fluor (F), Chlor (Cl, Brom (Br), Iod (I) und Astatin (At). Sie sind typische Nichtmetalle. Iod erinnert durch sein Aussehen schon stark an die Metalle. Halogene reagieren bei Lichteinfall mit Farben. Die Farben der Halogene enstehen durch Absorption von sichtbarem Licht.
Halone
Halone ist die Kurzbezeichnung für Halogenkohlenwasserstoffe, also organische Verbindungen. Halone zerstören die Ozonschicht stärker als FCKW-Gase.
Quelle: AWI
Montreal-Protokoll
Das «Montreal-Protokoll», welches 1987 unterzeichnet und inzwischen von mehr als 190 Staaten ratifiziert wurde, regelt das Verbot und den Einsatz ozonschichtabbauender Stoffe. Die Ozonschicht absorbiert einen Grossteil der UV-Strahlung der Sonne und schützt so das Leben auf der Erdoberfläche vor deren schädlichen Einflüssen.
siehe: Montreal-Protokoll
Wie entsteht Ozon? Entstehung, Zerstörung

Ozonloch

Als Ozonloch wird eine starke Ausdünnung der Ozonschicht bezeichnet. Diese wurde Anfang der Achtziger Jahre erstmals von britischen Wissenschaftlern über der Antarktis beobachtet und ist seitdem eine stetig wiederkehrende Erscheinung, die nach folgendem Muster abläuft:

Im antarktischen Winter (Polarnacht, Mai bis August) kühlt die Luft über der Antarktis wegen fehlender Sonnenstrahlung stark ab. Dadurch bildet sich in der Stratosphäre ein extrem starker Windwirbel um die Antarktis herum, der verhindert, dass ozonreiche Luft, die über den niedrigen Breiten gebildet wird, herangeführt werden kann. Durch die Abkühlung entstehen ausserdem so genannte polare stratosphärische Wolken, die im Frühling zusammen mit der wieder einsetzenden Sonnenstrahlung die chemischen Reaktionen des Ozonabbaus in Gang setzen und verstärken.

Eine entscheidende Rolle spielen dabei die vom Menschen in die Atmosphäre gebrachten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Deren Moleküle werden durch das Sonnenlicht in chemisch aktive Halogene - vor allem Chlor und Brom - gespalten, die dann wiederum das Ozon abbauen. Messdaten aus Jahren mit einem besonders starken Ozonabbau zeigen, dass sich der Ozonanteil der Atmosphäre über der deutschen Forschungsstation Neumayer in der Zeit von Mitte bis Ende August, also innerhalb von etwa zwei Wochen, um circa 40 Prozent reduziert hatte. Innerhalb der eigentlichen Ozonschicht in einer Höhe von 15 bis 17 Kilometern waren zur selben Zeit die maximalen Ozonkonzentrationen sogar um 70 Prozent und mehr gesunken.

Ozon (O3) ist ein Sauerstoffmolekül aus drei Sauerstoffatomen.

Es wirkt als sehr starkes Oxidationsmittel mit typischem, leicht stechendem Geruch.

Ozon zerfällt nach kurzer Zeit in normalen Sauerstoff (O2).

Die aggressive Sauerstoff-Form Ozon wird überall dort gebildet, wo durch Energiezufuhr O2 in Sauerstoffatome (O) zerlegt wird, die mit weiterem O2 zu Ozon reagieren können. Dies kann durch UV-Strahlung, Blitzschlag, Schweissen geschehen. Auch elektrische Entladungen von Hochspannungen, wie sie in Photokopierern (Kopieren), Laserdruckern und Luftionisiergeräten auftreten, sind Ozonquellen.
Wie entsteht Ozon? Entstehung, Zerstörung UV-Strahlen sind schädlich

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Weitere Informationen
Ozonschicht über der Antarktis 1994-2004
Ozon-Konzentration über der Antarktis 2007
Antarktis 2011 - Entwicklung der Ozonschicht
Antarktis 2012 - Ozonloch wird kleiner
Antarktis 2013 - Ozonloch bleibt stabil
2014 - Das Ozonloch wird sich schliessen
Antarktis 2015 - Ozonloch löst sich fast auf
Arktis 2020 - Ozonloch in der Arktis beobachtet
Arktis und Antarktis
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