Das diesjährige Loch auf der Erde, das größer ist als die Antarktis, wurde von einem Vulkan geschaffen!

Das Ozonloch über der Antarktis im September dieses Jahres (Bildquelle: esa)

Das Ozonloch ist zurückgekehrt und seine Fläche nähert sich ihrem historischen Maximum.

Geschrieben von | Dong Yuan

Einige erinnern sich vielleicht noch daran, dass die Vereinten Nationen Anfang dieses Jahres einen neuen Bericht zum Ozonabbau veröffentlichten. Darin hieß es, das Ozonloch über der Antarktis werde voraussichtlich innerhalb weniger Jahrzehnte wieder das Niveau von 1980 erreichen.

Das weckt bei den Menschen die Vorfreude: Erholt sich die Ozonschicht, die durch den Missbrauch von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (wie Freon, das in Kühlschränken als Kühlmittel verwendet wird) durch den Menschen massiv zerstört wurde und schließlich ein riesiges Loch aufwies, endlich?

Doch die jüngsten von der Europäischen Weltraumorganisation veröffentlichten Überwachungsergebnisse scheinen dieser Entwicklung einen Dämpfer zu geben. Satellitenüberwachungen zeigen, dass die Fläche des Ozonlochs über der Antarktis am 16. September dieses Jahres 26 Millionen Quadratkilometer erreichte – eine Fläche von etwa der Größe von drei Brasiliens – und damit nahe am historischen Rekordwert von 29,9 Millionen Quadratkilometern am 9. September 2000 liegt (einige Messungen zeigen 28,4 Millionen Quadratkilometer).

Veränderungen des Ozonlochs von Juli bis September dieses Jahres (Bildquelle: esa)

Aktueller Status des Ozonlochs

Die Ozonschicht befindet sich in der Stratosphäre, 15 bis 30 Kilometer über dem Boden, und spielt eine wichtige Rolle dabei, die Lebewesen der Erde vor übermäßigen Schäden durch ultraviolette Strahlung zu schützen. Im Jahr 1985 entdeckten Wissenschaftler über der Antarktis ein riesiges und wachsendes Ozonloch. Im Jahr 1987 wurde mit dem Montrealer Protokoll, das von vielen Ländern weltweit unterzeichnet wurde, der Schutz der Ozonschicht durch die Beseitigung oder Einschränkung von fast 100 ozonschädigenden Substanzen (ODS), insbesondere FCKW, ins Leben gerufen.

Dank des Montrealer Protokolls konnte die Verwendung ozonschädigender Stoffe stark reduziert werden. Darüber hinaus schrumpft das Ozonloch seit dem Jahr 2000 allmählich.

Im Jahr 2019 erreichte die Fläche des Ozonlochs ihren kleinsten Wert seit 1985 (das Jahresmaximum lag bei 16,4 Millionen Quadratkilometern), was jedoch eher auf die in diesem Jahr höhere Lufttemperatur über der Antarktis und die geringere Effizienz des Ozonabbaus zurückzuführen war. In den darauffolgenden Jahren erreichte die Fläche des Ozonlochs wieder einen höheren Wert.

Die Größe des Ozonlochs im Laufe der Jahre (Bildquelle: Copernicus Atmosphere Monitoring Service)

Vulkane, die die Erde erschütterten

Neben den direkten Auswirkungen menschlicher Aktivitäten kann der Abbau der Ozonschicht auch mit bestimmten Naturereignissen wie Waldbränden und Vulkanausbrüchen zusammenhängen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Vergrößerung des Ozonlochs in diesem Jahr vor allem auf einen Vulkanausbruch zurückzuführen ist.

Am 15. Januar 2022 kam es zu einem heftigen Ausbruch des Unterwasservulkans auf der Insel Hongahaapai (später Tonga-Vulkan genannt) im Königreich Tonga im Südpazifik. Es war der größte Vulkanausbruch der letzten 30 Jahre und der größte, der jemals mit modernen Geräten beobachtet wurde.

Ausbruch des Tonga-Vulkans (Bildquelle: Wikipedia)

Jim Garvin, ein Wissenschaftler der NASA, sagte, die Energie des Vulkanausbruchs entspräche hundertmal der Energie, die bei der Atombombenexplosion in Hiroshima freigesetzt wurde. Der Vulkanausbruch löste in vielen Teilen der Welt Tsunamis aus, das aus dem Vulkan ausgestoßene Material erreichte sogar eine Höhe von 55 Kilometern.

Der Ausbruch des Tonga-Vulkans hat weltweit große Aufmerksamkeit erregt, auch unter Wissenschaftlern. Weniger als eine Woche nach dem Ausbruch ließ ein Forschungsteam einen Wetterballon auf einer Insel in Windrichtung des Vulkans starten und begann, die durch den Vulkan verursachten meteorologischen Veränderungen zu beobachten. Sie stellten fest, dass bereits eine Woche nach dem Ausbruch die stratosphärische Ozonkonzentration über dem tropischen Südwestpazifik und dem Indischen Ozean um 5 % abgenommen hatte.

Einige Wissenschaftler spekulieren, dass Vulkanausbruchssäulen ozonarme Luft aus der unteren Troposphäre in die höhere Stratosphäre befördern und dadurch zu einer Verringerung der stratosphärischen Ozonkonzentration über dem Vulkan führen. Wäre dies jedoch der Fall, würden sich die Ozonkonzentrationen in der Stratosphäre nach dem Ende des Ausbruchs rasch erholen. Tatsächlich nahm der Ozongehalt in der Stratosphäre noch mehrere Tage nach dem Ausbruch weiter ab.

Dies lässt darauf schließen, dass der Ausbruch neben den Auswirkungen auf die Luft in der Troposphäre auch chemische Veränderungen in der Stratosphäre verursachte, was zu einem weiteren schnellen Abbau der Ozonschicht führte.

Der Ausbruch des Tonga-Vulkans löste in vielen Teilen der Welt Tsunamis aus (Bildquelle: Wikipedia)

Vulkane verändern die Stratosphäre

Generell zählen Halogenverbindungen in der Stratosphäre zu den Hauptverursachern der Ozonzerstörung, wie etwa Chlorwasserstoff (HCl), Chlornitrat (ClNO3) und Bromwasserstoff (HBr). Nehmen wir beispielsweise Chlorwasserstoff: Unter der Einwirkung von Licht und Hydroxid usw. entstehen aktive Chlorradikale oder Chlormonoxidradikale. Unter der Einwirkung dieser freien Radikale wird Ozon schnell verbraucht.

Unter normalen Umständen ist die Effizienz der Zersetzung von Chlorwasserstoff in freie Radikale unter Lichteinwirkung sehr gering, befindet er sich jedoch auf der Oberfläche von Wolken oder Aerosolen, läuft diese Reaktion sehr effizient ab. Dies erklärt teilweise auch, warum sich über der Antarktis ein Ozonloch bildet. Der Hauptgrund hierfür ist die sehr niedrige Temperatur in der Antarktis, die die Bildung von Wolken in der Stratosphäre begünstigt. Dies führt zu einer erhöhten Bildung von Halogenradikalen und damit zu einer starken Zerstörung der Ozonschicht.

Durch den Vulkanausbruch auf Tonga gelangten große Mengen Halogenverbindungen in die Stratosphäre, von denen einige möglicherweise aus verdunstetem Meersalz stammen. Doch wenn es um den Ozonabbau geht, spielt Wasserdampf eine Schlüsselrolle. Der bei diesem Vulkanausbruch freigesetzte Wasserdampf macht 10 % der gesamten globalen Stratosphärenbelastung aus.

Schematische Darstellung (Bildquelle: Evan et al, 2023)

Große Mengen Wasserdampf erleichtern die Bildung von Sulfataerosolen durch Schwefeldioxid (das in der Atmosphäre vorhanden ist und auch bei Vulkanausbrüchen freigesetzt wird), das die Produktion von Halogenradikalen beschleunigt. Messungen mit Wetterballons ergaben, dass die maximale Aerosoldichte auf der Oberfläche in einer Höhe von 26,4 Kilometern über dem Vulkan 286,9 Quadratmikrometer pro Kubikzentimeter betrug und damit 600-mal höher war als der allgemeine Wert in der Stratosphäre.

Darüber hinaus kann die Einleitung von vulkanischem Wasserdampf in die Stratosphäre zu einer erhöhten Luftfeuchtigkeit und einer verstärkten Strahlungskühlung führen, was ebenfalls die Bildung von Halogenradikalen erleichtern kann. Darüber hinaus verringern Sulfataerosole die Konzentration von Stickoxiden und beschleunigen dadurch den Ozonabbau durch Halogenradikale.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass der durch diesen Vulkanausbruch verursachte starke Anstieg des Wasserdampfgehalts in der Stratosphäre vier bis fünf Jahre anhalten könnte. Dies könnte sehr große Auswirkungen auf die Ozonschicht haben und erfordert in Zukunft eine kontinuierliche Überwachung.

Die oben genannte Studie über die Auswirkungen des Vulkanausbruchs auf Tonga auf die Ozonschicht wurde am 20. Oktober in Science veröffentlicht. Sie erinnert uns daran, dass die von Menschen verursachten Schäden an der Natur noch lange Zeit mit bloßem Auge sichtbare Folgen haben können, selbst wenn der Mensch aufgehört hat, der Natur Schaden zuzufügen.

Hoffentlich werden wir in einigen Jahrzehnten den Tag erleben, an dem das Ozonloch wieder das Niveau von 1980 erreicht, wie es im Ozonabbaubericht der Vereinten Nationen vorhergesagt wird.

Veränderungen der Größe des Ozonlochs im Laufe der Jahre (Bildquelle: Copernicus Atmosphere Monitoring Service)

Referenzlinks:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg2551

https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-5P/Ozone_hole_goes_large_again

https://www.eea.europa.eu/en/topics/in- Depth/climate-change-mitigation-reducing-emissions/current-state-of-the-ozone-layer

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1029/97JD00912

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo4076

https://earthobservatory.nasa.gov/images/149367/dramatic-changes-at-hunga-tonga-hunga-haapai

https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/statistics/annual_data.html

https://mp.weixin.qq.com/s/EdhcNlMh_uhf2j4hu62w0Q
https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-1334/egusphere-2023-1334.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/2022_Hunga_Tonga%E2%80%93Hunga_Ha%CA%BBapai_eruption_and_tsunami

https://mp.weixin.qq.com/s/bEmhhxtMVut5C6Zj4JO2ZA