Ozonabbau

Ozonloch in der Antarktis

Der schwerste Fall von Ozonabbau wurde erstmals 1985 in einer Arbeit der Wissenschaftler des British Antarctic Survey (BAS) Joseph C. Farman, Brian G. Gardiner und Jonathan D. Shanklin dokumentiert. Seit den späten 1970er Jahren wurde im Frühjahr (September bis November) über der Antarktis ein starker und rascher Rückgang des Gesamtozons, oft um mehr als 60 Prozent im Vergleich zum globalen Durchschnitt, beobachtet. Farman und seine Kollegen dokumentierten dieses Phänomen erstmals über ihrer BAS-Station in der Halley-Bucht in der Antarktis. Ihre Analysen erregten die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die feststellte, dass dieser Rückgang der Gesamtozonsäule um mehr als 50 Prozent im Vergleich zu historischen Werten lag, die sowohl mit bodengestützten als auch mit Satellitentechniken beobachtet wurden.

Als Folge der Farman-Veröffentlichung kamen eine Reihe von Hypothesen auf, die versuchten, das antarktische „Ozonloch“ zu erklären. Zunächst wurde vorgeschlagen, dass der Ozonabbau durch den katalytischen Zyklus des Chlors erklärt werden könnte, bei dem einzelne Chloratome und ihre Verbindungen einzelne Sauerstoffatome aus den Ozonmolekülen herauslösen. Da der Ozonverlust jedoch größer war als das Angebot an reaktivem Chlor, das in den Polarregionen durch die damals bekannten Prozesse verfügbar war, kamen andere Hypothesen auf. Eine spezielle Messkampagne der National Aeronautics and Space Administration (NASA) und der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) im Jahr 1987 sowie spätere Messungen bewiesen, dass die Chlor- und Bromchemie tatsächlich für das Ozonloch verantwortlich war, allerdings aus einem anderen Grund: Das Loch schien das Ergebnis chemischer Reaktionen zu sein, die an Partikeln ablaufen, aus denen polare stratosphärische Wolken (PSCs) in der unteren Stratosphäre bestehen.

Im Winter wird die Luft über der Antarktis aufgrund des fehlenden Sonnenlichts und der geringeren Durchmischung der unteren Stratosphärenluft über der Antarktis mit der Luft außerhalb der Region extrem kalt. Diese geringere Durchmischung wird durch den zirkumpolaren Wirbel verursacht, der auch als polarer Winterwirbel bezeichnet wird. Begrenzt durch einen stratosphärischen Windstrahl, der zwischen etwa 50° und 65° S zirkuliert, ist die Luft über der Antarktis und den angrenzenden Meeren effektiv von der Luft außerhalb der Region isoliert. Die extrem kalten Temperaturen innerhalb des Wirbels führen zur Bildung von PSCs, die in Höhen von etwa 12 bis 22 km auftreten. Chemische Reaktionen, die an PSC-Partikeln stattfinden, wandeln weniger reaktive chlorhaltige Moleküle in reaktivere Formen wie molekulares Chlor (Cl2) um, die sich während der Polarnacht ansammeln. (Auch Bromverbindungen und Stickoxide können mit diesen Wolkenteilchen reagieren.) Wenn es in der Antarktis im zeitigen Frühjahr wieder Tag wird, spaltet das Sonnenlicht das molekulare Chlor in einzelne Chloratome auf, die mit Ozon reagieren und es zerstören können. Der Ozonabbau hält bis zum Zusammenbruch des Polarwirbels an, der normalerweise im November stattfindet.

Auch auf der Nordhalbkugel bildet sich ein polarer Winterwirbel. Er ist jedoch im Allgemeinen weder so stark noch so kalt wie der, der sich in der Antarktis bildet. Obwohl sich in der Arktis polare Stratosphärenwolken bilden können, halten sie selten lange genug an, um einen starken Ozonabbau zu verursachen. In der Arktis wurde ein Ozonabbau von bis zu 40 Prozent gemessen. Diese Ausdünnung tritt typischerweise in Jahren auf, in denen die Temperaturen in der unteren Stratosphäre im arktischen Wirbel so niedrig waren, dass sie zu Ozonabbauprozessen führten, die denen des antarktischen Ozonlochs ähneln. Wie in der Antarktis wurden auch in den arktischen Regionen, in denen ein starker Ozonabbau stattfindet, stark erhöhte Konzentrationen von reaktivem Chlor gemessen.