Wie die Wissenschaft die Ozonschicht rettete

Am 9. Januar 2023 veröffentlichten die Vereinten Nationen ihre Aktueller Bericht über den Zustand der Ozonschicht. Es wurde hervorgehoben, dass diese Schutzbarriere auf dem Weg der Erholung ist und bis zur zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts vollständig wiederhergestellt sein sollte.

Es besteht ein dringender Bedarf an Lösungen, die zur Begrenzung der Klimastörungen beitragen, doch eine wirksame Entscheidungsfindung bleibt eine Herausforderung. Vor diesem Hintergrund lohnt es sich, an die wissenschaftliche Saga zu erinnern, die zur Unterzeichnung des Montrealer Protokolls von 1987 führte.

Als Ergebnis der herausragenden koordinierten Bemühungen von Wissenschaftlern, Industriellen und politischen Entscheidungsträgern war dieser Text das erste Umweltabkommen, das einstimmig ratifiziert wurde. Heute ebnen der Vertrag und seine nachfolgenden Änderungen den Weg zur vollständigen Beseitigung der Stoffe, die die Ozonschicht zerstören.

Unverzichtbares Ozon

Wie im Jahresbericht 2023 hervorgehoben, kommt das Ozonloch über der Antarktis jedes Jahr von September bis November wieder vor. Während dieses Dreimonatszeitraums stiegen die Ozonkonzentrationen unter 220 Dobson-Einheiten fallen.

Ozon schützt uns vor Sonneneinstrahlung durch Absorption der stärksten ultravioletten Strahlen in den oberen Bereich der Atmosphäre (10 bis 50 km über der Erdoberfläche). Kein Ozon bedeutet also, dass es kein Leben auf der Erde gibt.

Wir wissen seit langem, welche chemischen Prozesse diese atmosphärische Verbindung, die die Stratosphäre füllt, erzeugen und zerstören. Tatsächlich werden Ozonmessungen bereits seit der Zwischenkriegszeit (1919–39) durchgeführt. Doch seit den 1980er Jahren wurden immer mehr Geräte zur Überwachung des Ozons entwickelt, von bodengestützten Instrumenten über regelmäßig von meteorologischen Instituten gestartete Wetterballons bis hin zu Satelliten die die Verteilung von Ozon überwachen weltweit.

Bereits in den 1980er Jahren waren Wissenschaftler darüber besorgt Auswirkungen von Überschallflügen und andere potenzielle Störungen dieser stabilen Atmosphärenschicht, die weniger von Luftmassen beeinflusst wird als solche, die näher an der Erde liegen.

Ein Fragezeichen über der Antarktis

Im Jahr 1984 führte eine Entdeckung zu einer radikalen Verschiebung der Prioritäten innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Zwei unabhängige Teams – eines aus Japan, das andere aus den USA – hatten berichtet jedes Jahr im Oktober beobachtet man einen Ozonverlust über der Antarktis und dieser Verlust wurde von Jahr zu Jahr schwerwiegender. Das erste Rätsel ihrer Ergebnisse bestand darin, dass der Konzentrationsverlust in einer Region der Erde beobachtet wurde, die von den vom Menschen verursachten Emissionen eigentlich nicht betroffen sein sollte.

Der Verdacht richtete sich bald auf chlorierte und chlorierte Verbindungen, wobei die Hauptziele waren Fluorchlorkohlenwasserstoffe und Halonen. In den 1960er Jahren wurden diese „magischen“ Industrieverbindungen allgemein verfügbar. Von da an wurden sie in allen Bereichen eingesetzt, von Treibmitteln über Kühl- und Klimaanlagen, Schaumherstellung, Feuerlöscher und mehr.

Diese Chemikalien haben den Vorteil, dass sie sehr stabil sind (zwischen 50 und 100 Jahren in der Atmosphäre verbleiben) und gesundheitlich unbedenklich sind. Im Gegensatz zu den meisten durch menschliche Aktivitäten erzeugten Schadstoffen werden sie jedoch nicht in der Troposphäre zerstört und können daher in die Stratosphäre gelangen.

Chemiker führten Laborexperimente durch, die zeigten, dass sich Chlor- und Bromatome mit Ozonmolekülen vermischen und diese dadurch zerstören konnten. (Sie gewannen einen Nobelpreis für ihre Entdeckung.)

Doch die Wissenschaftler mussten noch andere Rätsel lösen. Warum kam es zu dieser großflächigen Zerstörung nur über dem Südpol? Und wie kam es, dass die Satelliten keine Warnungen ausgegeben hatten?

Im letzteren Fall wurde festgestellt, dass die Computercodes, die die Beobachtungen verarbeiteten und anomale Daten verwarfen, die gemessenen Werte systematisch verwarfen, da diese im Vergleich zu den erwarteten Konzentrationen, die normalerweise an den Erdpolen gemessen werden, viel zu niedrig waren.

Um Licht ins Dunkel des Phänomens zu bringen, führten Beobachtungskampagnen zur Entwicklung von Wetterballons und Flugzeuge zur Messung von Ozon in verschiedenen Höhen.

Ihre Beobachtungen ergaben, dass das Ozon auf einer Fläche von 15 bis 20 Quadratkilometern (das sogenannte „Ozonloch“) vollständig zerstört wurde. Aber warum war dieser Abbau in höheren Regionen der Atmosphäre, in denen sich das meiste Ozon befand, insbesondere etwa 25 km über unseren Köpfen, nicht so stark?

Dieser Artikel wird Ihnen in Zusammenarbeit mit zur Verfügung gestellt „Dein Planet“, ein -Audio-Podcast. Eine Kreation zur Erforschung von Initiativen zugunsten des ökologischen Wandels auf der ganzen Welt. Abonnieren

1985: ein Erwachen

Wann Das Rätsel wurde 1985 gelöstEs stellte sich heraus, dass drei „Zutaten“ eine Rolle spielen: die Dynamik der Stratosphäre, die im Winter sehr kalte Luftmassen in Form von Wirbeln einfängt; bestimmte Cloud-Typen (z. B. Polare Stratosphärenwolken) verursacht, als die Temperaturen in diesen Wirbeln auf etwa -80 °C sanken; und mehr Sonnenschein im Frühling, was eine Kette katalytischer Reaktionen auf der Oberfläche dieser Wolken, bei denen es sich um stabile chlorierte und bromierte Verbindungen handelt, die sich in den vergangenen Wochen gebildet haben.

Diese Erkenntnisse lösten einen Dominoeffekt aus, der in den Vereinten Nationen gipfelte Unterzeichnung der Wiener Konvention für den Schutz der Ozonschicht im selben Jahr. Der Text erkannte die Notwendigkeit einer stärkeren internationalen Zusammenarbeit an, um den vom Menschen verursachten Schaden an dieser Schicht zu begrenzen. Aufbauend auf diesem Konsens wurde die Montreal-Protokoll entstand zwei Jahre später.

Während die damaligen Industriellen vorschlugen, reaktivere Ersatzstoffe zu verwenden, die sich zersetzen würden, bevor sie die Stratosphäre erreichten, verpflichtete sich die wissenschaftliche Gemeinschaft zu einer Veröffentlichung wissenschaftliche Berichte alle vier Jahre. Diese maßgeblichen Berichte sollten alle verfügbaren Informationen über das Ozon und seine Entwicklung zusammenfassen.

Aus heutiger Sicht ist das Ozonloch noch nicht verschwunden, da noch erhebliche Mengen an FCKW und Halonen in der Stratosphäre verbleiben. Dennoch nehmen ihre Konzentrationen rapide ab, und Wissenschaftler betrachten die Ozonschicht heute als „in Remission“. Tatsächlich zeigen Messungen seit mehreren Jahren, dass sich das Ozonloch nicht mehr vergrößert, sondern allmählich kleiner wird.

Aktuelle Erkenntnisse gehen davon aus, dass das Gleichgewicht irgendwann zwischen 2060 und 2070 wieder hergestellt sein wird, wenn alle schädlichen Substanzen aus der Stratosphäre verschwunden sind.

Mögliche Verzögerungen

Es gibt jedoch mehrere Gründe dafür, dass diese Neuausrichtung zu einem späteren Zeitpunkt in Kraft tritt, als die aktuellen Prognosen vermuten lassen. Erstens müssen alle Länder ihren Verpflichtungen nachkommen. Im Jahr 2018 basierend auf Daten von Überwachungsstationen auf der ganzen Welt, Forscher festgestellt, dass die Konzentrationen von FCKW-11 nicht so schnell abnahmen, wie sie hätten sein sollen. Mithilfe einer Rücktrajektorienanalyse stellten sie fest, dass die relevanten Emissionen aus Provinzen im Osten Chinas stammten.

Eine weitere Ursache, die zum Teil erklärt, warum der Prozess bereits leicht hinter den ursprünglichen Schätzungen zurückgeblieben ist, hängt mit der Erwärmung der unteren Schichten der Atmosphäre zusammen. Wenn der Boden der Atmosphäre mehr Energie absorbiert, kühlt sich die Stratosphäre im Wesentlichen aufgrund eines Kompensationseffekts ab. Je kälter es wird, desto schneller bilden sich polare Stratosphärenwolken, die wiederum mehr Ozon zerstören.

Der dritte mögliche Grund hängt mit der Klimatechnik zusammen, insbesondere mit der Technik, schwebende Partikel absichtlich in die Stratosphäre zu schicken, um einen Vulkanausbruch nachzuahmen und einige der Sonnenstrahlen abzulenken. Es wurde ein Experiment durchgeführt, um die Injektion von Partikeln über der Antarktis zu simulieren. Die Ergebnisse ergaben, dass die globale Temperatur zwar um 0,5 °C sinken würde, aber das Ozonloch entstehen würde Es würde wieder zu hohen Schäden wie in den 1990er Jahren kommen.

Der Weg nach vorn?

Die Wiederherstellung der Ozonschicht könnte als Vorlage für die Eindämmung von Klimastörungen dienen. Es ist allgemein bekannt, dass vom Menschen verursachte Treibhausgasemissionen Infrarotstrahlung einfangen und bereits zu einem Temperaturanstieg geführt haben.

IPCC-Berichte alle fünf bis sechs Jahre die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse für Entscheidungsträger zusammen. Anspruchsvolle internationale Abkommen wie das Pariser Abkommen von 2015 Es wurden Maßnahmen ergriffen, um den globalen Temperaturanstieg „deutlich unter 2 °C“ zu halten.

Aber der große Unterschied liegt hier im Maßstab. Es reicht nicht aus, eine Handvoll Industrieller davon zu überzeugen, die richtigen chemischen Ersatzstoffe zu finden; Was wir brauchen, ist eine völlige Veränderung in der Art und Weise, wie unsere von fossilen Brennstoffen abhängigen Gesellschaften funktionieren.

Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das originaler Artikel.