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INTERVIEW/022: Die DPG stellt vor - Ozon und sein doppeltes Gesicht ...    Prof. Dr. Markus Rex im Gespräch (SB)


Wir befinden uns im Jahr 2017 n. Chr. Die ganze Welt wird wärmer ... Die ganze Welt? Nein! Ein kleiner mit Eis bedeckter Flecken, hört nicht auf, dem Klimawandel Widerstand zu leisten. Laut dem Atmosphärenphysiker Prof. Dr. Markus Rex vom AWI Potsdam (Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung) wird der zentrale Teil der Antarktis zu Recht immer wieder mit dem kleinen gallischen Dorf aus der bekannten Comicserie "Asterix und Obelix" verglichen. Denn ungleich des weltweiten Klimatrends zu immer höheren Temperaturen scheint es dieser Bereich tatsächlich geschafft zu haben, sich "gegen den Trend zu stemmen". Doch anders als für die Gallier gibt es für die Antarktis keinen Zaubertrank, sich ihre Widerstandskraft gegen den Klimawandel zu erhalten. Denn auf das mutmachende Bild im Auftakt seines Vortrags "Ozone recovery and climate change: Towards an interactive representation of stratospheric ozone in Earth System Models" [Die Genesung der Ozonschicht und der Klimawandel: Hin zu einer interaktiven Berücksichtigung von stratosphärischem Ozon in Erdsystemmodellen] fällt ein Schatten: Die scheinbar glückliche Fügung, der die Antarktis dieses Kühlaggregat verdankt, ist eine gerade noch verhinderte Umweltkatastrophe, die bis heute nachwirkt: 20 Kilometer über dem Südpol hatten chemische Abfallprodukte unserer Zivilisation (Schadstoffe wie die inzwischen verbotenen Frigene und FCKWs, die aus Sprayflaschen, Klimaanlagen und Kühlschränken entweichen) die Ozonschicht teilweise komplett zersetzt. Die Folgen zeigen sich jedes Jahr nach Ende der monatelangen, sonnenlosen Polarnacht in einem mehrere Wochen andauernden Ozonminimums über dem Südpol - dem berüchtigten Ozonloch. [1]


Eine Aufnahme der Erde aus dem Weltraum, mit einem Ausschnitt der Ozonschicht im Profil, aus aufbereiteten Daten der Ozone-Mapper-Profiler-Einheit des Suomi NPP-Satelliten, der noch am Bildrand zu sehen ist - Foto/Grafik: by NASA/NOAA (gemeinfrei), via Wikimedia Commons

Eine Heizdecke um die Erde
Die Ozonschicht wie sie Satelliteninstrumente sehen
Foto/Grafik: by NASA/NOAA (gemeinfrei), via Wikimedia Commons

Dieser Kühleffekt auf den Südpol ist jedoch nicht die einzige Wechselwirkung auf Klima und Wetter, bei der die Ozonschicht, welche die ganze Erde umspannt, eine Rolle spielt. Im Bereich der antarktischen Halbinsel läßt sich eine Änderung der Windfelder feststellen. Die Strömungen in der Atmosphäre seien zonaler geworden, das heißt, sie verlaufen in größerem Maß parallel zu den Breitenkreisen, womit, so Prof. Rex, das Nachströmen von warmer Luft aus den mittleren Breiten verhindert würde. Die zentrale Antarktis wird dadurch stärker von ihrem einzigen Wärmenachschub isoliert. Mit der verstärkten zonalen Strömung erreicht mehr warme Luft vom Ozean die antarktische Halbinsel, was seit Beginn der regelmäßigen Messungen offenbar einen Temperaturanstieg von etwa 0,5 Grad Celsius pro Jahrzehnt ausgelöst hat. Eine bekannte Folge dieser Erwärmung sind die Zusammenbrüche mehrerer Schelfeisgebiete des Larsen-Schelfeises (Larsen A und Larsen B). Ein dritter Kollaps des Larsen-C-Schelfeises wird bereits in Kürze erwartet. Ebenfalls bemerkenswert ist, daß die Temperatur seit etwa einem Jahrzehnt auch allmählich in der zentralen Antarktis ansteigt. Dieses besondere "Pattern" der Südhemisphäre macht sie für Klimaforscher ebenso interessant, wie für die AWI Atmophärenphysiker um Prof. Markus Rex, die hier eine eindeutige Korrelation zwischen den Entwicklungen von Klima und Ozonschicht sehen.

Der Einfluß der Ozonschicht auf die Arktis (Nordpol) sei ebenso prägnant, wenn auch schwerer zu detektieren und zuzuordnen. Hier gibt es ein eindeutiges Signal im Klimasystem: Den Rückgang des Meereises [2]. In den Sommermonaten schrumpft es momentan dramatisch. Prognosen sagen noch vor Ende dieses Jahrhunderts eine komplett eisfreie Arktis voraus. Dieses Phänomen korreliert ebenfalls mit Strömungsverhältnissen in der Atmosphäre im folgenden Winter, vor allem auf die sogenannte Nordatlantische Oszillation, die sich über eine vertikale Kopplung in der Stratosphärenchemie bemerkbar macht. Je kälter die Stratosphäre wird, um so stärker wird in den Wintermonaten Ozon abgebaut. Der Rückgang des Eises trägt Prof. Rex zufolge über einer Abschwächung des Polarwirbels zu einem geringeren Ozonverlust bei, was zu einer Kettenreaktion von klimatischen und Strömungsereignissen führt, die Wärmenachströmungen in die Arktis zur Folge haben, so daß mit weiteren Meereisverlusten zu rechnen ist.

Diese Zusammenhänge wären noch in keinem der aktuellen Atmosphärenmodelle enthalten. Bisher läßt sich nur die Hälfte des beobachteten Meereisrückgangs in Modellen reproduzieren. Möglicherweise läge das daran, daß die Veränderungen der Ozonschicht und ihr Einfluß auf dynamische Veränderungen in der Atmosphäre in den Standardklimamodellen bisher nicht vorkommen. Dank der Satellitendaten und ATLAS, einem Atmosphären-Modellierungssystem, das ihre Ansprüche vollkommen zufrieden stellt, sind die Vorstellungen der Forscher zur Atmosphärenchemie inzwischen ausgereift. [3] Doch ATLAS arbeitet extrem langsam: Es beinhaltet ein Set aus 49 Differentialgleichungen mit 55 Anfangs- und Randbedingungen. Bei einer Modellierung für die nächsten 100 Jahre wären das alleine 2,5 Trillionen oder 1012 solcher Berechnungssets pro Gitterpunkt, was mindestens 4 Jahre in Anspruch nehmen würde, selbst wenn man die derzeit schnellsten Rechner dafür einsetzt. Nicht nur das macht die Nutzung von ATLAS extrem kostspielig, 'so daß sich das Programm nicht dazu eignen würde, mal schnell ein Dutzend IPCC-Szenarien rechnen zu lassen mit einem Ensemble von 10 Läufen, um zusätzlich die atmosphärische Variabilität zu berücksichtigen', meinte Prof. Rex.

In seinem Vortrag am vierten Tag der DPG-Frühjahrstagung in Bremen (vom 13.-17.März 2017) stellte Prof Markus Rex das beschleunigte SWIFT Modul [3] vor, wie man es mathematisch frisiert und gleichzeitig so trainiert und gefittet hat, daß es auf die gleichen Ergebnissen wie ATLAS kommt, aber mit den schnellen Klimasimulationsmodellen kompatibel ist. Damit aufgerüstet sollen Klimamodellierungen in Zukunft genauere Prognosen treffen können. Im Anschluß an seinen Vortrag, ergab sich die Möglichkeit für ein Gespräch.


Foto: © 2017 by Schattenblick

'Klimabeeinflussung wird nicht nur von CO2 betrieben. Die Einflüsse der interaktiven Ozonschicht müssen in den Klimamodellen berücksichtigt werden. Sonst baut man erhebliche Fehler ein.'
Prof. Dr. Markus Rex
Foto: © 2017 by Schattenblick

Schattenblick (SB): Sie wurden oft als Experte für eine zweite Meinung hinzugezogen, wenn es in den Medien um die Ausdünnung der Ozonschicht oder um die Genesung des Patienten "Ozonloch" über der Antarktis ging, vielleicht weil Sie immer vor allem etwas Positives dazu zu berichten haben. Halten Sie das Problem tatsächlich für gelöst?

Prof. Dr. Markus Rex (MR): Das ist wirklich einmal eine Erfolgsstory mit dem Ozon. Wir sind sehr froh, daß wir in diesem Fall bei einem der vielen Umweltprobleme dieser Welt sehen können, daß es vorangeht. Die Maßnahmen, die getroffen worden sind, zahlen sich allmählich aus, und das Problem wird auf diese Weise tatsächlich aus der Welt geschafft werden. Das ist eigentlich eine tolle Sache.


Entwicklung des Ozonlochs von 1979 bis 1999 - Grafik: by NASA GSFC Scientific Visualization Studio (gemeinfrei)

Sorgenkind Ozonloch: Noch Jahre nach dem Montrealer Protokoll war nicht eindeutig zu erkennen, ob es sich schließt oder nicht.
Dunkelblaue Zonen zeigen die Bereiche der größten Ausdünnung an. Im Verlauf der Farbabstufungen hellblau, grün, gelb und orange wird die Ozonkonzentration stärker.
Grafik: by NASA GSFC Scientific Visualization Studio (gemeinfrei)

SB: Sie sagen "eigentlich". Denken Sie dabei an den Klimaeffekt, den das sich regenerierende Ozon mit sich bringt und über den Sie in Ihrem Vortrag gesprochen haben? Über diese Problematik wurde bislang wenig berichtet. Warum ist das so?

MR: Vermutlich, weil es nicht so leicht zu erklären ist, wird das Problem in den Medien seltener thematisiert. Gerade in den populärwissenschaftlichen Artikeln ist es schwierig, dem Leser die etwas komplizierteren Zusammenhänge richtig nahezubringen.

Wir müssen uns aber klar darüber werden, daß die Ozonschicht ein sehr wichtiger, integraler Bestandteil des Klimasystems ist. Wenn man sich vertikal die Temperaturschichtung der Atmosphäre ansieht, ist sie ohne Ozonschicht ganz einfach. Solare Strahlung trifft von oben auf den Erdboden, heizt diesen auf und der Erdboden gibt wieder langwellige Strahlung ab und heizt umgekehrt die Atmosphäre wie in einem Kochtopf. Deswegen ist die Atmosphäre unten am Boden warm und wird dann nach oben hin immer kälter, von wo sie dann die verbliebene Wärme ins kalte Weltall und in die dort vorherrschende Hintergrundstrahlung von vier Grad Kelvin abstrahlt, das sind genauer gesagt minus 270 Grad Celsius. Doch diese einfache, grundsätzliche Anordnung durchkreuzt nun die Ozonschicht, die in der Mitte der Atmosphäre bei etwa 20 bis 45 Kilometern Höhe liegt und auch solare Einstrahlung absorbiert. Sie heizt quasi aus der Mitte heraus noch einmal nach, so daß es vom warmen Erdboden gesehen erst kälter, dann plötzlich wieder wärmer und dann erst kälter wird.

Die Ozonschicht liegt wie eine Heizdecke um die Erde herum und verändert, abgesehen von der grundsätzlichen Temperaturschichtung, auch den gesamten Energiehaushalt der Atmosphäre.

Wenn daher große Veränderungen in der Ozonschicht bewirkt worden sind, wie beispielsweise die vollständige Zerstörung des Ozons in bestimmten Atmosphärenbereichen über der Antarktis, hat das naheliegenderweise eine gewaltige Auswirkung auf diesen Temperaturgradienten, womit dann auch die Dynamik der Atmosphäre modifiziert wird und sich das gesamte Klimageschehen wandelt. Die Rückkopplungsmechanismen oder "Feedbacks" des Klimasystems auf die Ozonschicht müssen wir erst noch vollständig verstehen und in unsere Klimaprojektionen und Klimamodelle integrieren, um ihren Einfluß, insbesondere in den Polargebieten, wo die Ozonänderungen so ausgeprägt sind, auch in den Klimaprognosen ausreichend zu berücksichtigen.

SB: Wenn ich Sie vorhin richtig verstanden habe und die erneute Zunahme von Ozon zur Klimaerwärmung beiträgt und die zunehmende globale Erwärmung zum Beispiel durch den weiteren Zuwachs an CO2-Emissionen und den daraus folgenden Treibhauseffekt wiederum auf indirektem Weg zum Ozonabbau beiträgt, könnte dann die Regeneration der Ozonschicht, also die Zunahme der Ozonkonzentration insgesamt, ebenfalls das Ozonloch wieder vergrößern?

MR: Auch das ist möglich. Die Änderungen im Klimasystem, die durch CO2 verursacht werden, wirken natürlich auf die Dynamik der Atmosphäre, damit auf die Temperaturfelder und somit schließlich auch auf den Ozonabbau und auf die Ozonschicht. Das ist ein Rückkopplungsmechanismus, der in beide Richtungen funktioniert. Nur deswegen kann er auch interaktiv in so einem Modell gerechnet werden. Es nützt nichts, erst mal nur das Klimamodell mit Ozean und Atmosphäre zu modellieren und dann offline hinterher im Nachgang auszurechnen, was das für die Ozonschicht bedeutet, weil man dann schon gar nicht mehr den dynamischen Einfluß von Ozonänderungen auf das Klimageschehen in der Atmosphäre mit enthalten hätte. Das muß interaktiv als ein integraler Bestandteil im Modell gerechnet werden und deswegen forschen wir zur Zeit daran, wie man das am besten realisieren kann.

SB: Sie haben dafür in Ihrem Vortrag das Modellierungsverfahren SWIFT angesprochen, das sich an Erdsystemmodelle ankoppeln läßt, weil es schnell genug arbeitet. Letzteres, sagten Sie, wird durch einige Rechenkniffe und eine Art Kalibrierung (Trainieren oder Fitten) mittels des sehr genauen Atmosphärenchemie- und Transportmodell ATLAS erreicht. Was geschieht aber nun, wenn man es mit Situationen zu tun hat, die in ATLAS gar nicht vorkommen oder Zustände eintreten, die man noch gar nicht vorhersehen oder modellieren konnte? Kann ein solches beschleunigtes Modul darauf überhaupt reagieren?

MR: SWIFT funktioniert nur in den Bereichen, die es kennt. Das bedeutet, wir würden so etwas nicht tun. Wir extrapolieren mit SWIFT nicht. Wir werden das ATLAS-Model für die zukünftigen Klimate, die wir aus Klimamodell-Szenarien ablesen können, einige Jahre laufen lassen, um unseren Trainingsbereich weiter auszubauen, so daß wir auch untypische künftige Klimasituationen im trainierten Bereich mit enthalten haben.

SWIFT gibt uns sofort eine Warnungsfahne, die sagt: "Sorry, ich bin hier außerhalb des Bereichs, auf den ich trainiert worden bin. Trainiert mich mal nach, für dieses Klima." Und dann gehen wir ein Stück zurück und lassen ATLAS für dieses Klima neu laufen, um unseren Trainingsbereich ausreichend auszudehnen.

SB: Können Sie schon einschätzen, ob es vielleicht doch nicht mehr so wünschenswert ist, daß sich das Ozonloch wieder ganz schließt und diese Heizdecke in der Atmosphärenmitte noch etwas dichter wird?

MR: Ich bin Wissenschaftler und versuche daher, so präzise wie möglich Vorhersagen zu treffen, was mit der Atmosphäre und dem Klimasystem passiert, wie es sich verändern wird, wenn diese oder jene Entscheidung getroffen wird. Doch dann muß sich die Menschheit überlegen, was sie möchte. Zur Meinungsbildung trage ich natürlich wie jedes andere Mitglied der Gesellschaft bei, aber als Wissenschaftler darf sie deswegen nicht stärker als eine andere sein. Was wünschenswert wäre, ist deswegen an sich keine wissenschaftliche Frage, sondern eine gesellschaftspolitische Frage, die in anderen Bereichen, mit anderen Mechanismen als wissenschaftlichen geklärt werden muß.

Trotzdem muß man natürlich sagen, etwa 90 Prozent des auf Land aufliegenden Eises der Erde bedeckt nahezu die Antarktis. Dieser große Eisschild bestimmt unseren Meeresspiegel. Wenn die Eismasse taut, fließt sie in den Ozean hinein und läßt ihn steigen. Nun hat das Ozonloch über der Antarktis dazu beigetragen, daß es dort bisher noch nicht zu einer großen Erwärmung gekommen ist. Anders gesagt, der größte Teil der gesamten Eismasse der Erde liegt momentan noch im Kühlschrank. Dieser Kühlschrank wird unter anderem vom Ozonloch angetrieben, dem wir gerade den Stecker ziehen. Dafür haben wir gute Gründe, denn wir wollen, daß das Ozonloch wieder verschindet. Doch das könnte insgesamt dazu führen, daß sich die Antarktis in der Zukunft erwärmt, was Folgen für die Eismassenbilanz dort haben und deswegen auch den Meeresspiegel mit beeinflussen wird. Wenn man sich diese Zusammenhänge vorstellt, ist schon zu erwarten, daß irgendwann jemand mit der Frage kommt, ob es wohl eine so gute Idee ist, das Ozonloch jetzt zu bekämpfen, wenn es uns doch die Antarktis so schön kühlt.

Da sind wir bei der alten Frage nach dem Teufel oder dem Beelzebuben. Was ist letztlich die beste Entscheidung? Insgesamt sind wir meines Erachtens als Menschheit gut beraten, unser Klimasystem wenig zu beeinflussen, das heißt, wenig sehr kurzfristige Änderungen herbeizuführen. Das gilt zum einen für das Ozonloch, denn wir wollen nicht, daß es sich ausbreitet. Es ist ein anthropogenes Signal [2] und deshalb wollen wir, daß es wieder verschwindet. Es gilt zum anderen aber auch für die Klimaänderungen. Das heißt, es gibt einen besseren Weg, um das Eis in der Antarktis zu schützen, den CO2-Ausstoß und damit die Klimaänderungen zu reduzieren, anstatt weiterhin CO2 auszustoßen und den erwärmenden Effekt durch das gleichzeitige Herstellen eines Ozonlochs zu bekämpfen. Was dabei global an Nebeneffekten passiert, können wir gar nicht so genau vorhersagen.

SB: Da stoßen Sie ein brisantes Thema an, denn um solche Entscheidungen geht es auch in der Diskussion über den Plan B zur künstlichen Beeinflussung des Erdklimas, der ebenfalls noch nicht vom Tisch ist. Eine der Maßnahmen, die dabei immer wieder zur Sprache kommt, ist eine weltweite Schwefelinjektion der Atmosphäre, mit der eine Senkung der globalen Durchschnittstemperatur erreicht werden könnte. Nun gab es 2015 erneut einen unerwarteten Einbruch in der seit Verbot der FCKWs zunehmend positiven Entwicklung der Ozonschichtregeneration, die einige Wissenschaftler, u.a. Anja Schmidt von der Leads Universität [4] auf den Ausbruch des Vulkans Calbuco in Chile zurückgeführt haben, bei dem große Mengen an Chlor in die Stratosphäre gelangten, aber auch Schwefel, das zusätzlich den Ozonabbau ankurbelte. [5]

MR: Diese Zusammenhänge verstehen wir inzwischen recht gut. Es gab zu diesem Thema mehrere sehr überzeugende Arbeiten, die gezeigt haben, daß unter anderem dieser Vulkanausbruch für die besonders große Ausdehnung des Ozonlochs im Jahr 2016 mit verantwortlich war. Darüber hinaus hat das zufällige Zusammentreffen einiger weitere Faktoren in der atmosphärischen Zirkulation dazu beigetragen. Man muß sich das wie beim Wetter vorstellen. Mal haben wir weiße Weihnacht und mal eben nicht. Ebenso entwickelt sich das Ozonloch über der Antarktis in einem Winter stärker als in einem anderen. Das war einfach Zufall und in diesem Fall kam zusätzlich zu dem ohnehin schon größeren Ozonloch noch ein Vulkanausbruch dazu, der auch zum Ozonabbau beigetragen hat. Aus diesem Grund gab es so ein neuerliches Rekord-Ozonloch.

Daran sehen wir allerdings auch: Schwefelemissionen, die von Vulkanen in die Atmosphäre freigesetzt werden, führen dazu, daß in den Polargebieten mehr Ozon abgebaut wird.

Nun haben Sie den Plan B angesprochen. Eine der realistischeren Varianten, die diskutiert werden, wie der Mensch aktiv in die Regulation des Klimas eingreifen könnte, um die größten Schäden aufzuhalten oder zumindest zu verkleinern, ist tatsächlich der Vorschlag, künstlich Schwefel in die Stratosphäre einzubringen. Daraus bilden sich dann kleine Schwefelsäuretröpfchen, die einen weißlichen Schimmer an den Himmel bringen, der die eingestrahlte Sonnenstrahlung stärker reflektieren und damit den Globus abkühlen würde.

Mit der Wirkung dieser Schwefelsäure auf das Ozon sehen wir allerdings schon eine der möglichen Nebenwirkungen so eines Planes. Wir würden die Ozonschicht besonders in Polarbereichen damit noch weiter schädigen. Es gibt aber noch viele andere gute Gründe, warum wir so etwas als Plan B nicht aktiv verfolgen sollten, um den Klimawandel zu stoppen. Ob wir trotzdem in diese Richtung forschen sollten, um im Falle des Falles, wenn wir Mitte des Jahrhunderts feststellen 'verdammt, wir haben es nicht geschafft mit der CO2-Emissionsreduktion, der Klimawandel steht nun wirklich direkt vor der Tür und wir müssen jetzt unbedingt irgendetwas tun', auch etwas in der Hand zu haben, damit so eine unwahrscheinliche Situation, die aber trotzdem eintreten kann, nicht katastrophal ausgeht, ist eine andere Sache. Man sollte auch für die unwahrscheinlichen Situationen Vorkehrungen treffen und rechtzeitig anfangen zu erforschen, was passiert, wenn wir Schwefel in die Atmosphäre beziehungsweise in die Stratosphäre einbringen, damit wir dann Nutzen, Nachteile und Nebenwirkungen ordentlich benennen und auf wissenschaftlicher Grundlage eine gute Entscheidung treffen können.

Aber keinesfalls dürfen wir das als Alternative oder billigere Lösung zur Einschränkung der Treibhausgas-Emissionen diskutieren nach dem Motto 'ein bißchen Schwefel in der Stratosphäre wird schon nicht schaden'. Das stimmt nicht. Ich sehe diese Überlegungen eher wie den Einbau eines Airbags in ein Auto. Den bauen wir da ein für den Fall, daß es zu einem Unfall kommt, obwohl wir alles tun, um einen Unfall zu vermeiden. Wir werden dennoch schwer verletzt aus dem Auto rauskommen, aber vielleicht ein bißchen weniger schwerwiegend verletzt als ohne ihn. Deshalb sollten wir vielleicht auch Forschung in die Richtung betreiben, aber ohne weitere Risiken eines Unfalls einzugehen und auch nicht, um zu sagen, dann können wir ja so weiter machen wie bisher.

SB: Warum hört man eigentlich so wenig über die aktuelle Lage der Ozonschicht? Selbst wenn die Ausdünnung des Ozons größer ist, als vorhergesagt, wird so etwas kaum noch kommuniziert. Woran liegt das?

MR: Vielleicht müssen Sie da Ihre Kollegen fragen, warum man in den Medien weniger hört. Vermutlich nimmt die Aufmerksamkeit für Umweltthemen einen wellenartigen Verlauf. In den 90er Jahren gab es eine ganz große Welle. Damals hat jeder verstanden, daß wir ein Riesenproblem mit dem Ozonloch haben, und die Gesamtproblematik wurde dann auch gut in Nachrichten und Berichten abgedeckt, so daß jeder die Möglichkeit hatte, genügend darüber zu hören. Ich glaube, die meisten Menschen kennen die groben Zusammenhänge bis heute noch, und das ist ja auch gut so.

Was wir jetzt kommunizieren sollten ist, daß die großen Anstrengungen, die die internationale Umweltpolitik als Antwort auf die erkannten Probleme unternommen hat, um die Ozonschicht zu schützen, tatsächlich jetzt Früchte tragen. Wir sehen, daß das Ozonloch nicht mehr wächst und nehmen auch die ersten, ganz sachten Anzeichen wahr, daß es wieder schrumpft. Ebenso lassen sich erste unauffällige Hinweise dazu feststellen, daß auch die Ozonschicht über unseren eigenen Köpfen global wieder dicker wird. Das ist ein wichtiges Beispiel dafür, daß wir auch bei großen, globalen Umweltproblemen handlungsfähig sind. Wir können etwas tun und das wirkt sich dann auch aus. Wir müssen nicht gelähmt wie das Kaninchen vor der Schlange sitzen und behaupten, da könne man sowieso nichts gegen machen. Abwarten, was passiert, ist nie eine Lösung. Die ganze Ozonproblematik ist, das glaube ich, ein sehr mutmachendes Beispiel dafür, daß wir die Dinge in der Hand haben.

SB: Könnten sich solche Einbrüche wie 2015 wiederholen oder gibt es andere Einflüsse, die eine Störung für die positive Entwicklung bedeuten?

MR: So etwas kann sich, rein zufällig, jederzeit wiederholen. Das Ozonloch schwankt von Jahr zu Jahr. Und wenn dann noch einige weitere Faktoren zusammenkommen wie ein Vulkanausbruch oder eine besondere Kälte in der arktischen, antarktischen Stratosphäre - dann kann es auch nochmal ein neues Rekord-Ozonloch geben. Das würde aber nicht unsere Einschätzung in Frage stellen, daß es mit der Ozonkonzentration in der Stratosphäre langfristig bergauf geht und daß das Ozonloch wieder schrumpft. Deswegen halte ich es für wichtig, daß diese jährlichen Schwankungen, die unberechenbar wie beim Wetter sind, immer mit kommuniziert werden.

SB: Das ist nicht immer einfach, da auch die Aussagen der Experten oftmals widersprüchlich sind. Ähnlich wie Sie gaben die Jülicher Atmosphärenforscher Dr. Rolf Müller und Dr. Jens Uwe Grooß damals 2015 an, es handele sich bei dem letzten Ozonloch-Maximum nur um einen statistischen Ausbruch, der noch im voraussehbaren Toleranzbereich gelegen habe. Sie teilten die Einschätzung, daß dies keine Auswirkung auf die stratosphärischen Ozon-Regeneration hätte, die ihrer Meinung nach 2070 abgeschlossen sei. Gleichzeitig erschien im Ozon Bulletin des Deutschen Wetterdienstes (DWD) die Nachricht, es ließe sich zwar seit dem Montrealer Protokoll eine deutliche Abnahme an FCKWs in der Luftsäule erkennen, es habe jedoch, auf die gesamte Säule der Atmosphäre gesehen, keinen deutlichen Anstieg in der Ozonkonzentration gegeben. Wie lassen sich solche Widersprüche erklären?

MR: So etwas ist in der Tat schwer zu kommunizieren. Gemeint ist damit, daß wir aufgrund der natürlichen Schwankungen noch nicht in der Lage sind, statistisch signifikant nachzuweisen, daß die Ozonschicht wieder dicker geworden ist, nur weil sich ein geringfügiger Rückgang der Konzentration an ozonzerstörenden Substanzen in der Atmosphäre abzeichnet. Sie wollen damit aber nicht aussagen, daß wir jetzt wider Erwarten keine Verdickung der Ozonschicht sehen würden und daß irgendetwas in der Atmosphäre anders ablaufen würde, als wir es denken. Sondern es sind einfach sehr langsame Prozesse. Diese FCKW, die ozonzerstörenden Substanzen, sind extrem langlebig und werden über viele Jahrzehnte erst ganz langsam aus der Atmosphäre wieder verschwinden. Wir konnten erst einen Rückgang von nur wenigen Prozenten feststellen und da die Ozonschicht von Jahr zu Jahr um viele Prozente schwankt, kann man die Auswirkung des Rückgangs auf die Ozonschicht nur versuchen mit ausgefeilten statistischen Methoden nachzuweisen. Je nachdem, was man für signifikant erklärt, kann man jetzt sagen, wir konnten das schon deutlich sehen oder man bleibt dabei, daß uns dies noch zu unsicher ist. Das sind dann allerdings bereits ziemlich akademische Diskussionen darüber, ob man ein 70-, 80- oder 90-prozentiges Signifikanzlevel benötigt, bevor man sagen kann, daß ein Signal zu erkennen ist.


Die Grafik zeigt die bekannten vier ozonzerstörenden Reaktionskreisläufe - Grafik by RedAndr freigegeben als CC BY 2.5 [http://creativecommons.org/licenses/by/2.5], via Wikimedia Commons

Die Chemie der Ozonschicht ist gut verstanden.
Die Ozonkonzentration und die Mischungsverhältnisse der ozonzerstörenden chemischen Familien (Cly, Bry, NOy und HOy) sind in den wichtigsten neun Variablen im beschleunigten SWIFT-Modul enthalten, der Einfluß von Schwefel aber nicht.
Grafik: by RedAndr freigegeben als CC BY 2.5 [http://creativecommons.org/licenses/by/2.5], via Wikimedia Commons

SB: Sie sprachen von der langen Verweildauer der FCKW in der Atmosphäre. Was ist mit den Abbauprodukten, die daraus entstehen, die teilweise auch noch 44 bis 180 Jahre in der Atmosphäre verbleiben. Müßten solche Stoffe und ihre potentielle Wirkung mehr erforscht und vielleicht ernster genommen werden als bisher?

MR: An dem, was schon in der Atmosphäre ist, können wir nichts mehr ändern. Da können wir nur abwarten, bis diese Stoffe wieder auf natürlichem Wege aus der Atmosphäre verschwinden. Wir kennen die Zeitskalen und wissen, daß es noch ein, zwei Generationen dauern kann, bis sich das Ozonloch wieder schließt. Erst in der späten zweiten Hälfte des laufenden Jahrhunderts können wir damit rechnen. Das werden wir selber gar nicht mehr erleben.

Es kommen jedoch immer noch Stoffe dazu. So sind derzeit noch größere Mengen an FCKW in verbauten Bauschäumen enthalten, die aus den Gebäuden entweichen. Es sind immer noch viel in Kühlkreisläufen oder in den Isolationsmaterialien von Kühlschränken enthalten. Zwar haben wir in der westlichen Welt bereits ganz gute Methoden, um diese Stoffe beim Recycling von alten Kühlschränken einzusammeln, ehe sie in die Atmosphäre gelangen. Doch in vielen weniger finanzstarken und entwickelten Ländern werden diese zumeist kostspieligen Methoden nicht angewendet. Da gerade dort oft Altgeräte recyclet werden, bestehen auf diese Weise noch einige signifikante Quellen von FCKWs, die aus solchen Altlasten noch in die Stratosphäre gelangen. Da sollte man sich vielleicht schon Gedanken darüber machen, inwieweit man hier andere Länder in ihren Entsorgungsmechanismen unterstützen kann, um diese Emissionen weiter einzuschränken.

SB: Gibt es auch kurzfristige Wechselwirkungen zwischen der akuten Ausdünnung in der Stratosphäre und dem Wetter? Verändert auch das Ozonloch direkt das Wetter, wie umgekehrt Wetterphänomene Einfluß auf den Ozontransport nehmen?

MR: Ja, die Ozonschicht antwortet sehr empfindlich und direkt auf die Schwankungen des Wetters. Die Ozonchemie, die zum Ozonabbau in den Polarregionen führt, reagiert extrem empfindlich auf Temperaturänderungen. Je kälter es in der arktischen oder antarktischen Stratosphäre ist, umso größer ist bei diesen Prozessen der Ozonverlust. Weniger bekannt ist, daß eine zusätzliche Abkühlung in der Stratosphäre gewissermaßen den kleinen Bruder zur globalen Erwärmung am Erdboden bildet. Wir wissen also, daß die Stratosphäre aus physikalischen Gründen im Rahmen des Klimawandels weltweit immer kälter werden wird. Das bringt eine gewisse Verzögerung der Ozonschichterholung mit sich, einfach aufgrund dieser Abkühlung. Die kann sogar dazu führen, daß wir selbst in der Antarktis noch in den nächsten ein bis zwei Jahrzehnten keine deutliche Erholung der Ozonschicht erkennen werden, sondern es vielleicht sogar nochmal mit ein paar neuen Rekorden des arktischen Ozonabbaus zu tun haben werden, wenn diese Abkühlung stärker in Erscheinung tritt als die Wirkung des Rückgangs der FCKW-Konzentration.

Der zweite Mechanismus besteht darin, daß Veränderungen in der atmosphärischen Zirkulationen den Transport des Ozons von seinen Quellgebieten, wo es produziert wird, was im wesentlichen in den niedrigen Breiten, den Tropen, passiert, bis in die hohen Breiten modifizieren kann. Damit könnte die Zirkulation auch zu einer Schwankung der Ozonschichtdicke in mittleren und hohen Breiten beitragen.

SB: Vielen Dank, Herr Prof. Rex, für Ihre Erläuterungen.


Anmerkungen:


[1] Nach dem Montrealer Protokoll 1987 wurde das Verwenden chlor- und bromhaltiger Chemikalien, die stratosphärisches Ozon abbauen, verboten, denn die Ozonschicht schützt das Leben auf der Erde vor zell- und erbgutschädigender Strahlung aus dem Weltall, indem sie z.B. kurzwellige UV-Strahlung absorbiert. Die weitere Emission dieser Schadstoffe hätte, abgesehen von steigenden Hautkrebs-Statistiken, eine beispiellose Umweltkatastrophe nach sich gezogen.

[2] Der für den Laien vielleicht nicht immer geläufige Ausdruck "Anthropogenes Signal" (= menschengemachter Einfluß oder Klimasignal) stammt aus der Fachsprache der Klimamodellierer. Sie lassen sich mehr oder weniger stark von der Gesamtvariabilität des Klimageschehens, dem Klimarauschen unterscheiden und werden möglicherweise auch als mögliche "Stellschrauben" betrachtet, an denen sich noch etwas "drehen" läßt, wenn man die menschengemachten Einflüsse zurücknimmt.

http://www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/anthropogene-klimabeeinflussung/778

[3] Das ATLAS (Alfred Wegener InsTitute LAgrangian Chemistry/Transport System) Modell ist ein globales Chemie- und Transportmodell für die Stratosphäre.

Mit der Entwicklung des SWIFT (Semi-empirical Weighted Iterative Fit Technique) Modells sollen zukünftig die Defizite in Klimamodellierungen ausgeglichen werden, die auf die Atmosphärenchemie zurückgehen. Zwei ATLAS-Simulationen aus unterschiedlichen Dekaden und von jeweils 2,5 Jahren Dauer bilden die Datengrundlage (Trainingsdaten) des Näherungsverfahrens (Approximation) für das SWIFT-Modul.
mehr dazu: https://epic.awi.de/42168/1/diss_pub_dkreyling.pdf

[4] ein SB-Interview mit der Vulkanologin finden Sie hier:
http://www.schattenblick.de/infopool/umwelt/redakt/umkl-492.html

[5] http://science.sciencemag.org/content/353/6296/269
siehe auch:
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-20345-2016-07-01.html
http://www.berliner-zeitung.de/wissen/schutzschicht--das-ozonloch-schrumpft-24361000


Zur Frühjahrstagung der Sektion Materie und Kosmos sind bisher, mit dem kategorischen Titel "Die DPG stellt vor" versehen, im Pool NATURWISSENSCHAFTEN → REPORT erschienen:

BERICHT/004: Die DPG stellt vor - Verantwortung der Wissenschaft ...(SB)
BERICHT/005: Die DPG stellt vor - Endlichkeit nicht vorgesehen ...(SB)

INTERVIEW/009: Die DPG stellt vor - unzureichend treibt voran ...   Prof. Dr. Claus Lämmerzahl im Gespräch (SB)
INTERVIEW/010: Die DPG stellt vor - Schwingungen und Perspektiven ...Prof. Dr. Klaus Fredenhagen im Gespräch (SB)
INTERVIEW/011: Die DPG stellt vor - fortschreitendes Verständnis (Teil 1) ...    Prof. Dr. Domenico Giulini im Gespräch (SB)
INTERVIEW/012: Die DPG stellt vor - das Mögliche auch nutzen ...    Prof. Dr. Dr. Claus Beisbart im Gespräch (SB)
INTERVIEW/013: Die DPG stellt vor - die Maßstäbe prüfen ...    Martina Gebbe im Gespräch (SB)
INTERVIEW/014: Die DPG stellt vor - unbekannten Emissionen auf der Spur ...    Dr. Stefan Schmitt im Gespräch (SB)
INTERVIEW/015: Die DPG stellt vor - Zusammenschau ...    Dr. Irena Doicescu im Gespräch (SB)
INTERVIEW/016: Die DPG stellt vor - Vermächtnis der Vergleiche ...    Dipl. Ing. Stefanie Bremer im Gespräch (SB)
INTERVIEW/017: Die DPG stellt vor - fortschreitendes Verständnis (Teil 2) ...    Prof. Dr. Domenico Giulini im Gespräch (SB)
INTERVIEW/019: Die DPG stellt vor - Wissenschafts- und Selbsterkenntnis ...    Prof. Dr. Hardi Peter im Gespräch (SB)
INTERVIEW/020: Die DPG stellt vor - Ursuppe der Forschung ...    Dr. Ralf König im Gespräch (SB)
INTERVIEW/021: Die DPG stellt vor - bis zum letzten Augenblick ...    Dr. Rolf König im Gespräch (SB)


15. April 2017


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