Die arktische Stratosphäre war in diesem Winter außergewöhnlich kalt. Damit sind Klimaforschern zufolge alle Voraussetzungen für einen starken Ozonabbau in den nächsten Wochen gegeben. Eine wesentliche Rolle spielen dabei vertikal ausgedehnte polare Stratosphärenwolken: An ihrer Oberfläche finden chemische Reaktionen statt, die den Ozonabbau beschleunigen. Diese Wolken bedeckten zuletzt weite Bereiche der Arktis und reichten ungewöhnlicherweise bis in den untersten Bereich der Stratosphäre. Das haben Klimaforscher bei der vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierten Messkampagne POLSTRACC beobachtet, an der auch Forscher der Goethe-Universität beteiligt waren. Die Kampagne mit dem Forschungsflugzeug HALO läuft seit Ende 2015 in der Arktis.
„Weite Bereiche der Arktis waren über einen Zeitraum von mehreren Wochen von polaren Stratosphärenwolken zwischen etwa 14 und 26 Kilometern Höhe bedeckt – Bedingungen wie sie eher im antarktischen Ozonloch erwartet werden als in der typischerweise deutlich wärmeren Arktis“, sagt Björn-Martin Sinnhuber vom KIT, der die Messkampagne POLSTRACC gemeinsam mit seinem Kollegen Hermann Oelhaf koordiniert. An den Oberflächen polarer Stratosphärenwolken werden passive Chlorverbindungen in reaktive Verbindungen überführt, die den stratosphärischen Ozonabbau triggern. Zudem können Partikel dieser Wolken nach unten sinken und der Chlor-aktivierten Schicht reaktiven Stickstoff entziehen. Das verstärkt und verlängert den Ozonabbau, weil dann die Pufferung des aktiven Chlors fehlt. Bei ihren Messflügen in diesem Winter haben die Wissenschaftler bereits die Umverteilung von reaktivem Stickstoff und Anzeichen von Chloraktivierung beobachten können.
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POLSTRACC (The Polar Stratosphere in a Changing Climate)
Ziel der Messkampagne POLSTRACC ist die Untersuchung der polaren Stratosphäre unter dem Einfluss des Klimawandels. Sie wird mit dem deutschen Forschungsflugzeug HALO zusammen mit Partnern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Forschungszentrum Jülich (FZJ), den Universitäten Frankfurt (Prof. Andreas Engel, Institut für Atmosphäre und Umwelt), Mainz, Heidelberg, und Wuppertal sowie der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) durchgeführt. Erste Forschungsflüge fanden bereits im Dezember von Deutschland aus statt. Zwischen Anfang Januar und Anfang Februar wurde in insgesamt acht Forschungsflügen mit fast 70 Flugstunden vom nordschwedischen Kiruna aus die arktische Stratosphäre bis nahe zum Nordpol untersucht. Unterstützt wird die Kampagne durch bodengebundene Messungen von verschiedenen Stationen aus, sowie durch die Analyse von Satellitendaten und Modellrechnungen.
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„Uns hat insbesondere überrascht, polare Stratosphärenwolken sogar bis hinunter in Höhen von ca. 14 Kilometern zu finden“, so Björn-Martin Sinnhuber. „Dies sind Bedingungen, wie wir sie aus der Antarktis kennen, die für die Arktis aber sehr ungewöhnlich sind“, ergänzt Hermann Oelhaf. Während sich über der Antarktis aufgrund der sehr kalten stratosphärischen Bedingungen in jedem Frühjahr ein Ozonloch bildet, ist über der Arktis starker Ozonabbau bisher nur in einigen wenigen Wintern beobachtet worden. Den Ozonabbau verursachen Chlor- und Bromsubstanzen, die in zurückliegenden Jahrzehnten in Form von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und anderen Substanzen emittiert wurden. Zwar ist die Produktion dieser Substanzen durch internationale Vertragswerke zum Schutz der Ozonschicht, wie das Montreal Protokoll, schon seit einigen Jahren weltweit verboten, die früheren Emissionen werden aber noch für Jahrzehnte in der Atmosphäre verbleiben und nur sehr langsam abgebaut.(siehe Beitrag von Andreas Engel: Photonen spalten FCKW – aber nur langsam)
Chlor und Brom können ihre Ozon zerstörende Wirkung besonders effektiv entfalten, wenn es über eine ausreichend lange Zeit sehr kalt ist. „Hier kommt der Klimawandel ins Spiel: Die Zunahme von Treibhausgasen, die zu einer Erwärmung bodennaher Luftschichten führt, bewirkt nämlich gleichzeitig eine Abkühlung der Stratosphäre, und dies kann selbst bei reduzierten Mengen an Chlor und Brom zu einem massiven Ozonabbau führen“, so Oelhaf. Inwieweit der Klimawandel aufgrund der Emission von Treibhausgasen in der arktischen Stratosphäre das Auftreten eines ‚Ozonlochs‘ begünstigen kann, ist ein wichtiges Thema der POLSTRACC-Kampagne.
In der letzten Februarwoche brechen die Forscher erneut in die Arktis auf, um bis Mitte März die weitere Entwicklung im Detail zu verfolgen. „Dann wird sich zeigen, ob die jetzt beobachteten Voraussetzungen auch tatsächlich zum Auftreten eines starken Ozonabbaus führen, oder ob sich eine aktuell beobachtete Erwärmung der Stratosphäre durchsetzt – die den Ozonabbau dann vielleicht noch abmildern kann“, erläutert Sinnhuber. Dann gehe es auch darum, zu erforschen, inwieweit die Chlor-aktivierte und Ozon-arme Luft ihren Weg in die stark bevölkerten mittleren Breiten finden wird.
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Über HALO
Das Forschungsflugzeug HALO ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Gefördert wird HALO durch Zuwendungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Leibniz-Gemeinschaft, des Freistaates Bayern, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ, des Forschungszentrums Jülich und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).
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