Nordsommer
Die Kurven des Ozons, der Stratosphärentemperatur und der Sonnenaktivität nehmen während des Beobach-tungszeitraums von 14 Jahren einen ähnlichen Verlauf und weisen im Sommer 1986 ein deutliches Minimum auf. Die Ozonschwankungen von Sommer zu Sommer hängen mit einer natürlichen, quasi-zweijährigen Schwin-gung zusammen.
Zwei große Vulkaneruptionen führten zu einer drastischen Erhöhung des stratosphärischen Aerosols: El Chichon, Mexiko, April 1982 (CH) und Pinatubo, Philippinen, Juni 1991 (P). Dies führte in der Stratosphäre nach der Eruption des El Chichons zu einer starken Erwärmung (Labitzke und McCormick, 1992), daher liegen die Sommertemperaturen für Juni/Juli 1982 außerhalb (oberhalb) der Skala. Die Erwärmung durch den Pinatubo fand erst nach dem Juli 1991 statt und ist hier noch nicht zu erkennen.
Das erhöhte vulkanische Aerosol führte zu einer verstärkten Ozonzerstörung, wodurch die besonders niedrigen Ozonwerte 1983, d.h. ein Jahr nach der Eruption des El Chichons (Ch+1), und 1992, d.h. ein Jahr nach der Erup-tion des Pinatubo (P+1), zu erklären sind (Granier und Brasseur, 1992). Ein deutlicher Trend ist in dieser Jahres-zeit nicht zu erkennen.
Nordwinter
Die natürliche Variabilität von Ozon und Temperatur nimmt im Winterhalbjahr stark zu (veränderte Skalen!), und es wechseln kalte, ozonarme mit warmen, ozonreichen Stratosphärenwintern ab. Im Gegensatz zur Antarktis treten in der Arktis die extrem niedrigen Temperaturen, bei denen sich „Polare Stratosphärische Wolken“ (Polar Stratospheric Clouds) ausbilden können, selten auf. Während dieser meist nur wenige Tage dauernden Perioden kann die anthropogen verursachte Zerstörung des Ozons an diesen Wolken stattfinden. Vermutlich muß man die in dieser Jahreszeit zu erkennende Ozonabnahme von etwa 12 Dobson Einheiten (ca. 4 %) innerhalb von 11 Jah-ren zum größten Teil diesem Prozeß zuordnen.
Wie im Sommer ist auch in den beiden Wintern nach den starken Vulkaneruptionen der ozonzerstörende Einfluß an der sprunghaften Abnahme des Ozons zu erkennen.
auf die Werte, die vor dem Auftreten des „Ozonlochs“ vorhanden waren (Abbildung 3).
Verknüpfung zum globalen Wandel
Da Ozon drittwichtigstes Treibhausgas der Atmosphäre ist, bedeutet eine Ozonzunahme auch immer eine globale Kli-maveränderung (siehe 1.2). Ein erhöhter Treibhauseffekt führt andererseits zu einer Abkühlung der Stratosphäre, wo-durch sich in den winterlichen Polarregionen mehr „Polare Stratosphärische Wolken“ bilden können, so daß Ozon ver-stärkt abgebaut werden kann.
Erhöhte UV-B-Strahlung verringert die Biomassebildung (Smith et al., 1992a) durch das Phytoplankton. Damit schwächt der Ozonabbau aber auch eine der großen Senken für das CO2, die produktiven Meeresregionen um die An-tarktis. Über diesen Prozeß können allerdings zur Zeit noch keine quantitativen Aussagen gemacht werden.
Die Nahrungsmittelproduktion einer wachsenden Bevölkerung führt zur Zunahme der Treibhausgase Methan und Lachgas. Der Methangehalt der Atmosphäre steigt schneller als der CO2-Gehalt. Ungefähr 70 % des Methans stammen aus pflanzlichen und tierischen Quellen wie Reisfeldern und Wiederkäuern. Auch Lachgas wird in der Landwirtschaft bei zu stark gedüngten Acker- und Grasländern gebildet (siehe 1.4). Beide Gase bauen über die aus ihnen entstehenden Katalysatoren NO bzw. das OH-Radikal Ozon ab, was über die intensivierte UV-B-Strahlung eventuell auch zur Min-derung der Ernte führen kann.
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Abbildung 2 : Zeitlicher Verlauf von Ozongehalt und Temperatur in der unteren Stratosphäre der Nordhemisphäre sowie die Sonnenaktivität
1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994
Jahr
1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994
Jahr
Temperatur [°C] in 24 km Höhe, flächengewichtet 10°-90°N Gesamtozon [Dobson Einheiten], flächengewichtet 0°-65°N Temperatur [°C] in 24 km Höhe, flächengewichtet 10°-90°N Gesamtozon [Dobson Einheiten], flächengewichtet 0°-65°N Abbildung 2: Zeitlicher Verlauf von Ozongehalt und Temperatur in der unteren Stratosphäre der Nordhemisphäre
sowie von der Sonnenaktivität
Daten:
Ozon: TOMS Version 6: Total Ozone Satellite Data, NASA, USA Temperatur: Institut für Meteorologie, FU Berlin
Sonnenaktivität: World Data Center STP, Boulder, USA
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Die Emissionen des Luftverkehrs führen vermutlich zu einer Erhöhung der Ozonkonzentration in der oberen Tropos-phäre und einem Ozonabbau in der unteren StratosTropos-phäre mit den bereits beschriebenen Rückkopplungen zum Klima.
Eine enge Verknüpfung besteht auch zur Chemie der Troposphäre (siehe 1.1.3), wo Ozon lokal, besonders in der Nähe von Industriegebieten, zunimmt. Diese Zunahme ist nur teilweise als ein günstiger Effekt („healing effect“) anzusehen.
Ozon ist als ein giftiges Gas, das u.a. zu einer Schädigung der Atemwege führt, in der Troposphäre unerwünscht, zu-mal es auch den Treibhauseffekt verstärkt (siehe 1.1.1). Andererseits absorbiert auch das troposphärische Ozon die UV-B-Strahlung, so daß troposphärisches Ozon in diesem Punkt geringfügig den Verlust des stratosphärischen Ozons kompensiert. In Hinblick auf die Oxidationskapazität der Troposphäre, die von der Einwirkung der UV-Strahlung auf eine wasserdampfhaltige Atmosphäre abhängt, hätte eine gewisse Zunahme der UV-Strahlung (beziehungsweise eine Abnahme des stratosphärischen Ozons) durchaus einen positiven Effekt, da die Oxidationskapazität zur Zeit für die belastete Atmosphäre nicht ausreicht (siehe 1.1.3).
Abbildung 3: Entwicklung und Prognosen atmosphärischer Chlorkonzentrationen gemäß den zunehmend verschärften Abkommen und globale Ozonabbauraten pro Dekade bei Einhaltung der Londoner Vereinbarung (nach WMO, 1993)
Abbildung 3 : Entwicklung und Prognosen atmosphärischer Chlor- konzentrationen gemäß den zunehmend verschärften Abkommen und globale Ozonabbauraten pro Dekade bei Einhaltung der Londoner Vereinbarung
(nach WMO, 1993)
Original Montrealer Protokoll Revision London
Revision Kopenhagen
Montreal 1987
London 1990 Kopenhagen
1992
kritische Chlorkonzentration
0 1 2 3 4 5 6 7
Chlorkonzentration in der Atmosphäre (ppbv)
2 3 - 4 3 - 2 2
Globaler Ozonabbau in % pro 10 Jahre
1960 2000 2040 2080
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Handlungsbedarf
Die Abnahme des stratosphärischen Ozons erhöht für viele Regionen der Erde die gefährliche UV-B-Strahlung, sie ist daher eine große Gefahr für die Menschheit, alle Landlebewesen und das Plankton. Die Völkergemeinschaft hat diese Gefahr erkannt, 1985 wurde das Wiener Abkommen zum Schutz der Ozonschicht unterzeichnet. Das die Aus-führungsbestimmungen enthaltende Montrealer Protokoll von 1987 wurde im Juni 1990 in London und im November 1992 in Kopenhagen weiter verschärft (Tabellen 3 und 4). Diese Regelungen, die den raschen Ausstieg aus der Pro-duktion von FCKW, HFCKW und Halonen vorschreiben, müssen jetzt umgesetzt werden. Vor allem müssen
Techni-Tabelle 3: Zeitplan für den Ausstieg aus ozonschädigenden Verbindungen in Deutschland (Cutter Information Corp., 1993)
Substanzen/Funktionen FCKW R 22 (HFCKW) Methylchloroform Tetrachlorkohlenstoff Halone
Aerosole August 1991 August 1991 August 1991 nicht in Gebrauch nicht in Gebrauch
Kühlmittel nicht in Gebrauch nicht in Gebrauch nicht in Gebrauch
– großskalig Januar 1992 Januar 2000
– großskalig, mobil Januar 1994 Januar 2000
– kleinskalig Januar 1995 Januar 2000
Schäume nicht in Gebrauch nicht in Gebrauch nicht in Gebrauch
– Verpackungsmaterial August 1991 August 1991
– Detergentien August 1991 August 1991
– Baustoffe August 1991 Januar 1993
– Isolierungen Januar 1995 Januar 2000
– andere Januar 1992 Januar 2000
Reinigungs- und Lösungsmittel Januar 1992 nicht in Gebrauch Januar 1992 Januar 1992 nicht in Gebrauch
Löschmittel nicht in Gebrauch nicht in Gebrauch nicht in Gebrauch nicht in Gebrauch Januar 1992
Tabelle 4: Verminderung der Produktionsraten ozonzerstörender Chemikalien (Cutter Information Corp., 1993)
Jahr FCKW Halone Methylchloro- Tetrachlor- Methylbromid HFCKW
form kohlenstoff
1994 75% 100%
1995 85% Einfrieren der
Produktionsrate
1996 100% 100% 100% Einfrieren der
Produktionsrate
2004 35%
2010 65%
2015 90%
2020 99,5%
2030 100%
Globaler Zeitplan
Jahr FCKW Halone Methylchloro- Tetrachlor- Methylbromid HFCKW
form kohlenstoff
1994 85% 100% 50% 85% Angaben stehen Angaben stehen
noch aus noch aus
1995 100% 100%
1996 100% 35%
EG-Zeitplan
Alle Angaben beziehen sich auf den 1. Januar. Bezugsjahr für Halone und die meisten FCKW ist 1986 (die FCKW, die erstmals auf der Londoner Konferenz reguliert wur-den, haben 1989 als Bezugsjahr). Bezugsjahr für Methylchloroform, Tetrachlorkohlenstoff und HFCKW ist 1989. Das Einfrieren der Methylbromidproduktion bezieht sich auf die Werte von 1991. Die Produktion von Bromfluorkohlenwasserstoffen läuft 1996 aus.
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