7. Was ist das Ozonloch?

by Editorial team · Published July 16, 2020 · Updated July 16, 2020

Ozon (O₃) ist ein Treibhausgas in der Stratosphäre, zwischen 10 und 50km über der Erdoberfläche. Ozon hat eine Konzentration von 2 – 8ppm in der atmosphärischen Zusammensetzung, während 210.000ppm Sauerstoff (O₂) sind. Das Ozon der oberen Atmosphäre absorbiert kurzwellige ultraviolette (UV) Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 240 und 160nm. Diese hochenergetische Strahlung kann aus Sauerstoff Ozon produzieren. Diese Reaktion wird auch als photochemische Reaktion bezeichnet. Der Prozess der Bildung und Zerstörung von Ozon wird als Chapman Zyklus bezeichnet. Obwohl Ozon hauptsächlich in tropischen Breiten gebildet wird, sorgen großflächige Luftströmungen in der unteren Stratosphäre dafür, dass Ozon in Richtung der Pole bewegt wird, wo infolgedessen die Konzentration steigt.

Das Ozon der Stratosphäre absorbiert einen Großteil der hochenergetischen Solarstrahlung, welche schädlich für Organismen ist. Die UV-Strahlung kann aufgrund der hohen Energie die chemische Struktur der Moleküle verändern, was Genmutationen zur Folge haben kann. Die Stratosphäre dient als Barriere für diese gefährliche, von der Sonne abgegebene, Strahlung. Ozon kann auch in Bodennähe gemessen werden, wo es gesundheitsschädigend für Menschen und ein Bestandteil von Smog ist. Dieses Ozon der Troposphäre hingegen wird durch anthropogene Ursachen produziert und steht in keinem Zusammenhang mit dem „Ozonloch“.

Der Begriff „Ozonloch” beschreibt den Schwund der schützenden Ozonschicht in der Stratosphäre, über den Polen der Erde (siehe Abbildung unten). Die Ozonkonzentration ist niedriger in diesen Gebieten, wodurch mehr hochenergetischen Solarstrahlung die Stratosphäre passieren kann. Somit erreicht eine größere Menge an UV-Strahlung die Organismen am Boden, was zu gesundheitlichen Folgen, wie Augenschäden und Hautkrebs führen kann.

Warum schwindet Ozon?

Die Ausdünnung der Ozonschicht wird durch die erhöhte Konzentration von ozonabbauenden Chemikalien, Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und, zu einem geringeren Grad, Halogene, verursacht. Diese Chemikalien können Jahrzehnte bis Jahrhunderte in der Atmosphäre überdauern. Diese Gasmoleküle wurden in Kühlschränken und Sprühdosen nachgewiesen, woraufhin ihre Verwendung im Rahmen des Montreal Protokolls in den 1980er Jahren verboten wurde. Während der dunklen Polarwinter, bilden sich, aufgrund der niedrigen Temperaturen, Wolken in der Stratosphäre. Diese Wolken bleiben bis zum Frühling erhalten und kreieren exzellente Bedingungen für den Ozonabbau, da sie Chlor eine Oberfläche bieten, auf der es sich in die ozonschädigende Form umwandeln kann.

Die FCKW binden sich an die stratosphärischen Wolken, bis sie im Frühling freigegeben werden. Wenn dies geschieht, binden sich diese ozonschädigenden Moleküle an Ozon und brechen ihre molekularen Bindungen auf. Durch diese Veränderung der Molekularstruktur wird die Fähigkeit der Ozonmoleküle, die UV-Strahlung zu absorbieren, reduziert. Infolge dieser FCKW Moleküle, ist die Ozonkonzentration an den Polen drastisch zurückgegangen, was letztendlich in einem „Ozonloch“ resultierte. Die Ozonverringerung in der Arktis ist vergleichbar mit der in der Antarktis. Ozon kann auch durch Aerosole, die keinen anthropogenen Ursprung haben, abgebaut werden. Vulkanische Aktivitäten und Eruptionen können Schwefelpartikel in die Stratosphäre ausstoßen, die einen ähnlichen Effekt wie FCKW haben.

Abbildung 5: Falschfarbenansicht auf den gesamten Ozongehalt über der Antarktis. Lila und blau repräsentieren Gebiete mit geringer Ozonkonzentration, gelb und grün Gebiete mit mehr Ozon. Quelle: NASA Ozone Hole Watch.

Hat das Ozonloch Auswirkungen auf den Klimawandel

Der stetig stärker werdende Treibhauseffekt hindert die Wärme daran, die untere Atmosphäre zu passieren und die Stratosphäre zu erreichen. Dieser Effekt tritt aufgrund der wachsenden Menge an Treibhausgasen auf, welche die Wärmestrahlen in der Troposphäre zurück in Richtung der Erdoberfläche reflektieren. Die Troposphäre agiert als Wärmebarriere, die verhindert, dass Wärme in die Stratosphäre aufsteigt, was wiederum zu einer Abkühlung dieser führt. Eine kältere Stratosphäre und der kühlende Effekt des Ozonabbaus, führt zu weiterem Ozonabbau. UV-Strahlen geben Wärme in die Stratosphäre ab, wenn es mit Ozon reagiert. Mit einer schwindenden Ozonkonzentration wird weniger Wärme freigegeben, wodurch die Abkühlung der unteren Stratosphäre und eine erhöhte Bildung ozonschädigender, stratosphärischer Wolken an den Polen, besonders des Südpols, gesteigert wird.

Weniger Ozon in der Stratosphäre hat zur Folge, dass mehr UV-Strahlung die Erdoberfläche erreicht. Allerdings spielt die UV-Strahlung nur eine untergeordnete Rolle in der Erderwärmung, da ihre Konzentration in der Solarstrahlung zu gering ist, um einen signifikanten Wärmeeffekt zu haben. Das Nettoergebnis der UV-Strahlung ist vielmehr die Abkühlung der Stratosphäre, als die Erhitzung der Troposphäre. Daher trägt das Ozonloch nicht zu der globalen Erderwärmung bei. Dennoch ist das Schwinden von Ozon problematisch, da es, die auf der Erde lebenden, Organismen einem erhöhtem Gesundheitsrisiko aussetzt.

Allerdings zeigen jüngste Entdeckungen von Wissenschaftlern, dass das Ozonloch durchaus Auswirkungen auf das Klima der südlichen Hemisphäre hat. Das liegt daran, dass Ozon ein starkes Treibhausgas ist und dessen Zerstörung zu einer Abkühlung der Stratosphäre der Südhalbkugel führt. Dies hat höhere Windgeschwindigkeiten an den Polen zur Folge, was überraschenderweise Auswirkungen auf die Luftbewegungen in den Tropen und den Niederschlag in niedrigeren Breitengraden hat. Das Ozonloch verursacht nicht die Erderwärmung, beeinflusst aber durchaus die globale Zirkulation.