25. März 2020

Ozonloch in der Arktis

Ozonloch in der Arktis
Ozon-Entwicklung über der Arktis
Bild 1/2, Credit: DLR/BIRA/ESA

Ozon-Entwicklung über der Arktis

Die Animation zeigt, wie sich die Ozongesamtmenge über der Nordhalbkugel zwischen dem 9. und 26. März 2020 entwickelt hat. Hohe Werte sind in Rot dargestellt, geringe Werte in Blautönen: Das Ozonloch ist deutlich sichtbar (blau) und erstreckt sich über die Arktis/Nordpolregion. Im Zentrum des Ozonlochs zeigen sich auch Bereiche mit minimalen Werten (violett/pink) – sie weisen Werte von unter 220 Dobson Einheiten (DU, Maßeinheit für die Ozongesamtmenge) auf. Datengrundlage sind die Messungen des Erdbeobachtungssatelliten Sentinel-5P mit seinem Instrument TROPOMI.
Ozonloch in der Arktis
März 2020: Ozonloch in der Arktis
Bild 2/2, Credit: DLR/BIRA/ESA

März 2020: Ozonloch in der Arktis

Die Auswertung von Satellitendaten vom 22. März 2020 zeigt die Verteilung der Ozongesamtmenge über der Nordhalbkugel. Das Ozonloch (blau) ist deutlich sichtbar und erstreckt sich über die Arktis/Nordpolregion. Im Zentrum des Ozonlochs zeigen sich auch Bereiche mit minimalen Werten (violett/pink): Sie weisen Werte von unter 220 Dobson Einheiten (DU, Maßeinheit für die Ozongesamtmenge) auf - damit ist die kritische Grenze unterschritten und das Ozonloch vollständig ausgeprägt. Datengrundlage sind die Messungen des Erdbeobachtungssatelliten Sentinel-5P mit seinem Instrument TROPOMI.
  • Ozonloch erstmals in der Arktis beobachtet
  • Kritischer Ozongesamtwert von 220 Dobson Einheiten unterschritten
  • Außergewöhnliche Wettersituation und hohe Chlorkonzentrationen in der Atmosphäre begünstigten den Ozonabbau
  • Schwerpunkte: Globaler Wandel, Klima, Erdbeobachtung, Raumfahrt

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 (Fluorchlorkohlenwasserstoffen) 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.

Kontakt
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    Kommunikation Oberpfaffenhofen, Weilheim, Augsburg
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

    Politikbeziehungen und Kommunikation
    Telefon: +49 8153 28-2251
    Fax: +49 8153 28-1243
    Münchener Straße 20
    82234 Weßling
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  • Prof. Dr. rer. nat. habil. Martin Dameris

    Institut für Physik der Atmosphäre, Dynamik der Atmosphäre
    Telefon: +49 8153 28-1558
    Fax: +49 8153 28-1841
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