Neue schädliche Gase – Ozonschicht wird dünner

ETH-Forscher rätseln, warum die lebenswichtige Schutzhülle der Erde sich trotz des FCKW-Verbots ausdünnt. Schuld könnten Substanzen aus der Industrie sein.

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Es war eine der wenigen Erfolgsgeschichten in der internationalen Umweltpolitik. Mit dem Montreal-Protokoll wurden 1989 die politischen Weichen gestellt, um eine Erholung der Ozonschicht einzuleiten. Darin wurde die Herstellung langlebiger Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) beschränkt, die als Kältemittel in Kühlschränken oder als Treibgas für Sprühdosen eingesetzt wurden. Diese Stoffe zerstören die Ozonschicht, den Schutzschild der Erde gegen die lebensgefährlichen UV-B-Strahlen. So sind Produktion und Verbrauch dieser Chemikalien seither um mehr als 90 Prozent gesunken.

Die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) warnt zwar schon lange davor, auf eine schnelle Besserung zu hoffen, weil sich die FCKWs nur langsam abbauen. Aber gleichzeitig verbreitet sie auch Optimismus, da sich der totale Ozongehalt in der Atmosphäre zumindest seit dem Jahr 2005 stabilisiert hat.

Dieser Optimismus ist nun infrage gestellt, wie eine heute veröffentlichte internationale Studie zeigt. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern der ETH Zürich und des Physikalisch-Meteorologischen Observatoriums Davos haben herausgefunden, dass sich die Ozonschicht über den Tropen und in unseren mittleren Breiten keineswegs erholt – im Gegenteil, sie dünnt sich weiter aus.

«Unaufhaltsamer» Abbau

Der ETH-Forscher William Ball ist der Hauptautor der Untersuchung. «Ich bin besorgt», sagt er. Um seine Sorge zu verstehen, braucht es einen etwas detaillierteren Blick in die untersuchten Daten, die von verschiedenen unabhängigen Satellitensystemen seit Jahrzehnten gemessen werden. Etwa 90 Prozent des Ozons in der Lufthülle der Erde sind in einer Höhe zwischen etwa 12 und 48 Kilometer, in der sogenannten Stratosphäre, verteilt. Die restlichen 10 Prozent liegen im untersten Stockwerk der Atmosphäre, der Troposphäre, die von der Meereshöhe bis durchschnittlich auf 12 Kilometer Höhe reicht.

Die Daten der neuen Studie bestätigen zwar frühere Untersuchungen: Als Folge des Montreal-Protokolls nimmt der Ozongehalt in der oberen Stratosphäre – in 32 bis 48 Kilometer Höhe – wie erwartet zu. Es gibt auch Anzeichen der Erholung des Ozonlochs über der Antarktis. «Das ist ein eindeutiger Beleg, dass das Abkommen von Montreal wirkt», sagt William Ball.

Doch nach dem positiven folgt der ­ernüchternde Befund: In der unteren Stratosphäre – zwischen etwa 15 bis 24 Kilometer Höhe – sinkt die Ozonkonzentration seit 1987 kontinuierlich und scheinbar unaufhaltsam. Den Begriff «kontinuierlich» haben die Autoren in der Studie unüblich gleich einem Ausrufezeichen kursiv hervorgehoben. Auf dieser Höhe sind gut 40 Prozent des Ozons global verteilt. Deshalb ist es entscheidend, wie die ­Erholung in dieser Schicht verläuft. Die Ozonzerstörung auf dieser Höhe macht den Erfolg in den oberen Luftschichten mehr als wett. «Die lebenswichtige Ozonschicht war insgesamt noch nie so dünn, seit gemessen wird», warnt der Atmosphären­forscher William Ball.

Umweltabkommen notwendig

«Es ist nicht die Entwicklung, die wir erwartet haben», sagt Johannes Staehelin, emeritierter Professor am ETH-Institut für Atmosphäre und Klima in Zürich und Mitautor der Studie. Der Atmosphärenchemiker beschäftigt sich seit Ende der 1980er-Jahre mit der langfristigen Entwicklung der Ozonschicht. Er ist überzeugt: «Ohne das Montreal-Protokoll würden wohl langfristig zwei Drittel der globalen Ozonschicht zerstört werden.»

Dennoch stellt sich die Frage: Wie passen die neuen Befunde zu den bisherigen Beurteilungen der WMO und den Ozonforschern in der Öffentlichkeit? Die Antwort ist relativ einfach: Das Augenmerk galt bisher vor allem dem sogenannten Totalozon in der Atmosphäre, das ist die Ozonmenge von der Erdoberfläche bis zur Obergrenze der Stratosphäre. Das heisst: In diese Berechnung geht auch das Ozon in der Troposphäre ein, dem untersten Stockwerk der Atmosphäre. Da es an der Grenze zwischen Tropo- und Stratosphäre keinen nennenswerten Luftaustausch gibt, wird der Verlust oben durch das Wachstum unten kompensiert, wie die Autoren in ihrer Studie interpretieren.

Die Atmosphäre ist keine Maschine, deren Mechanismus bis ins letzte Detail bekannt ist.

Für die erhöhten Ozonwerte unten ist der Mensch verantwortlich. Er produziert Stickoxide in den Verbrennungsmotoren der Autos und Kohlenwasserstoffe in der Industrie. Beide Stoffe sind für die Ozonbildung Voraussetzung. Paradox ist: Die massive Ausdünnung der lebenswichtigen Ozonschicht in der Stratosphäre wird ausgerechnet durch das Ozon ausgeglichen, das der Mensch verursacht und ein gesundheitsschädliches Reizgas ist. Seit Jahrzehnten versuchen die Behörden die Ozonkonzentration und die sommerlichen Ozonspitzen durch entsprechende Massnahmen zu senken – bisher mit durchzogenem Erfolg. Zynisch betrachtet, kann man derzeit dankbar sein, dass der Mensch Ozon produziert und damit verhindert, dass der Schutzschild gegen die UV-B-Strahlen weiter geschwächt wird.

Das kann aber nicht die Lösung sein. Die Autoren rufen deshalb in ihrer Studie auf, alles zu unternehmen, um die Ursachen der Ozonausdünnung in der unteren Stratosphäre zu finden. Doch die Atmosphäre ist keine Maschine, deren Mechanismus bis ins letzte Detail bekannt ist. Zu viele Faktoren spielen eine Rolle beim Abbau des Ozons: die Sonnenintensität beispielsweise oder der Luftaustausch in der Atmosphäre.

Neue schädliche Gase

Dennoch gibt es Hypothesen, welche Ursachen hinter dem Ozonabbau stecken könnten: Eine betrifft die sehr kurzlebigen Halogenverbindungen, sogenannte Very Short Lived Substances (VSLS), mit Lebenszeiten von weniger als sechs Monaten. Eine Studie am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt bei München zeigt, dass diese Substanzen bis in die Stratosphäre gelangen und durchaus die Ozonschicht schädigen können. Der grösste Teil der Emissionen stammt aus industriellen Prozessen.

In diese Stoffkategorie gehört die Substanz Dichlormethan. Das ist ein Stoff, der in Lösungsmitteln vorkommt und ein starkes Ozon-Zerstörungspotenzial hat. Der Verbrauch ist in den letzten Jahren stark angestiegen. Ein internationales Forscherteam warnt in einem Bericht der Fachzeitschrift «Nature Communication» vor der Substanz, sollte der Gehalt weiter wie bisher ansteigen.

Eine andere Erklärung für die Ozonausdünnung sehen Forscher im angehenden Klimawechsel, dessen Einfluss auf die Ozonschicht noch wenig untersucht wurde: Die Erderwärmung, so zeigen Klimamodelle, dürfte die Verteilung der Luft in der Stratosphäre verändern. Ozon wird grundsätzlich über den Tropen gebildet, Winde transportieren es dann in die mittleren Breiten.

Und dann bliebe noch das Montreal-Protokoll selbst: Es gibt trotz Vertrag immer noch Quellen verbotener Substanzen, die in die Atmosphäre gelangen. Zudem produziert die Industrie nach wie vor ozonabbauende Stoffe, deren Herstellung im Umweltabkommen nicht geregelt sind.

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 05.02.2018, 21:35 Uhr

Fragen und Antworten

Von Gesundheit bis Ozonloch

Wie bedrohlich ist die Zerstörung der Ozonschicht für den Menschen?
Gegen drei Millionen zusätzliche Krebsfälle weltweit sind vermutlich bis heute dank dem Montreal-Protokoll verhindert worden. Das sind Schätzungen des Fachmagazins «Nature». Noch hat das Abkommen nicht die erwartete Wirkung entfaltet, aber es hat immerhin verhindert, dass noch mehr langlebige ozonzerstörende Substanzen in die Atmosphäre gelangen. «Ohne das Montreal-Protokoll wür­den wohl langfristig zwei Drittel der Ozonschicht zerstört werden», sagt Johannes Staehelin, Professor im Ruhestand am ETH-Institut für Atmo­sphäre und Klima in Zürich. In diesem Fall wäre es fraglich, ob Sonnencreme als Schutz noch wirksam wäre, sagt der Chemiker. Die Ozonschicht schützt den Menschen vor den schädlichen UV-B-Strahlen der Sonne. Computermodelle zeigen laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO), dass es weltweit Hunderttausende Krebsfälle mehr gäbe, wenn die Ozonschicht um 10 Prozent ausgedünnt würde. Zudem stiege die Zahl der Menschen mit der Augenkrankheit grauer Star um mehr als 1,5 Millionen. Heute ist der Anstieg an Hautkrebs allerdings vor allem auf ein verändertes Verhalten des Menschen zurückzuführen. Die WHO meldete kürzlich, dass Hunderttausende Krebsfälle auf exzessives Sonnenbaden zurückzuführen seien.

Wie bildet sich Ozon?
Das Gas wird in der Stratosphäre natürlich durch einen chemischen Prozess gebildet. UV-Licht der Sonne spaltet Sauerstoffmoleküle (O2) der Lufthülle in zwei einzelne Sauerstoffatome, die chemisch sehr reaktiv sind. Die Atome wiederum reagieren mit dem Sauerstoff zu Ozon (O3). Diese Reaktion findet in den Tropen statt, weil dort die Sonneneinstrahlung am stärksten ist. Von dort verteilen Winde das Ozon weltweit.

Wie wird das Ozon in der Atmosphäre abgebaut?
Es sind vor allem die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) aus Spraydosen, Kältemitteln und Lösungsmitteln, die sich seit Ende der 1970er-Jahre in der Atmosphäre ansammeln. Dort werden sie durch die starke UV-Strahlung chemisch in reaktive Gase umgewandelt, die dann das Ozon angreifen und zerstören. Die Herstellung und der Vertrieb der FCKW wurden seit Inkrafttreten des Montreal-Protokolls 1989 stark eingeschränkt.

Gibt es inzwischen Ersatzstoffe für die FCKW?
Die Ersatzstoffe sind Fluorkohlenwasserstoffe (FKW). Damit gelangt zwar kein aggressives Chlor mehr in die Atmosphäre, das Ozon abbaut. Dafür zeigen die neuen Substanzen andere problematische Eigenschaften: Sie sind starke Treibhausgase mit einem ausgeprägten Erwärmungseffekt. Ein weiterer Anstieg der FKW würde die Anstrengungen der internationalen Klimapolitik bremsen. Deshalb ist das Montreal-Protokoll erweitert worden: Die Industriestaaten verpflichten sich darin, ab 2019 diese Chemikalien zu reduzieren.

Was ist das Ozonloch?Damit ist ausschliesslich die ausgedünnte Ozonschicht über der Antarktis gemeint. Dort herrschen in der Atmosphäre spezielle meteorologische und chemische Bedingungen wie sonst nirgendwo. Sehr tiefe Temperaturen verursachen in der Antarktis polare Stratosphärenwolken, in denen reaktive chemische Prozesse ablaufen. Gleichzeitig bildet sich ein stabiler Polarwirbel über der Antarktis, der das Einfliessen von Luftmassen aus den niederen Breiten verhindert. So wird der chemische Abbau von Ozon durch Chlor begünstigt. (lae)

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