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Ozondelle über der Arktis

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 22.02.2016 17:04

In der Stratosphäre über der Arktis bahnen sich spannende Wochen an. Normalerweise gibt es auf der Nordhemisphäre keine Probleme mit der vor UV-Strahlung schützenden Ozonschicht, weil sich hier im Gegensatz zur Antarktis die Bedingungen für einen drastischen Abbau kaum einstellen. Doch in diesem Winter scheint in der Stratosphäre die seltene Konstellation aus tiefen Temperaturen und stabilen Druckverhältnissen erreicht zu werden, die zu einem drastischen Ozonabbau führen kann.

Die Abnahme der Ozonschicht über der Arktis zeigt diese WMO-Grafik für den 21. Februar 2016. (Bild: WMO)"Die Bühne ist bereitet", meint Hermann Oelhaf, Klimaforscher am Karlsruhe Institut für Technologie (KIT), Koordinator der Flugzeug-Messkampagne POLSTRACC (Polar Stratosphere in a Changing Climate).  Die aktuellen Karten der Welt-Meteorologie-Organisation WMO deuten bereits jetzt im Bereich des Polaren Wirbels auf eindeutigen Ozonschwund hin. "Wir haben Mitte Februar, und das Ozonmaximum, das im Polarwirbel eigentlich existieren sollte, ist schon weg", erklärt Markus Rex, Klimaforscher an der Außenstelle des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Potsdam, "stattdessen zeichnet sich bereits ein deutliches Minimum ab." Rex leitet das europäische Forschungsprojekt StratoClim, das die Lage in der arktischen Atmosphäre täglich beobachtet.

Start einer Ozonsonde an einem Startosphärenballon von der Forschungsstation Ny Alesund auf Spitzbergen. (Bild: AWI/R. Neuber)Die kommenden Wochen werden daher für die Klimaforscher zu den interessantesten in der Arktis. Am StratoClim-Projekt sind 30 Beobachtungsstationen rings um den Pol beteiligt. Sie beobachten mit Fernerkundungsinstrumenten und Ozonsonden die Luftmassen genau, die sich in der Lufthülle über der Arktis bewegen. "Wir werden den chemischen Ozonabbau vor Ort in der Stratosphäre messen", erklärt der AWI-Forscher, "indem wir einzelne Luftmassen mehrfach beproben, die mit der Strömung der Stratosphäre zirkulieren." Ende April soll zudem das russische Stratosphärenforschungsflugzeug "Geophysika" aufsteigen und in 20 Kilometer Höhe die Bedingungen im Polarwirbel messen. Falls der bis dahin stabil bleibt, dürfte das Flugzeug rekordverdächtig niedrige Ozonwerte registrieren. Wenn sich das winterliche Wetterphänomen bis dahin aufgelöst haben sollte, kann die "Geophysika" immerhin verfolgen, wie sich die ozonarme Luft über die Nordhemisphäre verteilt.

Mit dem nach oben gerichteten grünen LIDAR-Strahl misst das Forschungsflugzeug HALO polare Stratosphärenwolken. (Bild: KIT/L. Tkotz)Ende Februar werden schon die Forscher des POLSTRACC-Konsortiums mit dem deutschen Höhenforschungsflugzeug HALO Messflüge vom nordschwedischen Kiruna starten. Das Vorhaben verschiedener Helmholtzzentren und Universitäten will erkunden, wie sich die arktische Stratosphäre in Zeiten des Klimawandels verhält. Sie messen die Verteilung von Temperatur, Spurengasen und polaren stratosphärischen Wolken über der Arktis in der Höhe zwischen 5 und 27 Kilometern.  "Wir haben die Kampagne so gelegt, damit wir entweder zusehen können, wie das Ozon abgebaut wird, oder aber verfolgen können, wie der Polarwirbel aufbricht", erklärt Björn-Martin Sinnhuber vom KIT, der das Projekt zusammen mit Hermann Oelhaf koordiniert. Dafür ist HALO mit Instrumenten bestückt, mit denen die Forscher die Luft rings um das Flugzeug ansaugen und chemisch analysieren können. Hinzu kommen Fernerkundungsinstrumente, mit denen das Flugzeug die umliegenden Luftschichten kilometerweit untersuchen kann. Als dritte Komponente können aus dem Flugzeug auch nochspezielle Fallsonden geworfen werden, die an Fallschirmen durch die Lufthülle sinken und dabei Druck, Temperatur, Feuchte und Wind messen.


Aufnahme einer polaren stratosphärischen Wolke über Kiruna. (Bild: AWI/M. Rex)Den ganzen Winter über herrschten in der Stratosphäre, die über dem Pol bereits in rund sechs bis acht Kilometer Höhe beginnt, außerordentlich niedrige Temperaturen. Auf der AWI-Forschungsstation auf Spitzbergen maßen die Forscher Werte, die um acht Grad unter dem langjährigen Mittel lagen und sogar das bisherige Minimum um zwei Grad unterboten. In 20 Kilometer Höhe betrug die Lufttemperatur -90 Grad - Werte, die man sonst nur aus dem südpolaren Winter gewöhnt ist. "Dadurch haben sich polare Stratosphärenwolken über einem sehr ausgedehnten Bereich der Arktis bilden können", berichtet Hermann Oelhaf. Für POLSTRACC führte die HALO schon im Januar und Februar vom nordschwedischen Kiruna aus Messflüge über große Bereiche der Arktis durch und stieg dabei bis in die unteren Bereiche der Stratosphäre in 15.000 Meter Höhe auf. "Wir haben zu unserer Überraschung in dieser Höhe und sogar darunter so kalte Temperaturen gemessen, dass sich auch dort diese Wolken gebildet haben", ergänzt Björn-Martin Sinnhuber. Auf der Oberfläche dieser hochgelegenen Wolken läuft der Ozonabbau ab, sobald die Sonne über den Horizont kommt und Energie für die chemischen Prozesse liefert.

Die Dicke der Ozonschicht über der Arktis am 21. Februar 2016. (Bild: WMO)"Die chemischen Voraussetzungen für einen sehr substantiellen Ozonabbau existieren schon", erklärt AWI-Forscher Markus Rex, "die meteorologischen Voraussetzungen müssen jetzt noch hinzukommen." Das ist im Wesentlichen ein weiterhin stabiler Polarwirbel mit niedrigen Temperaturen, der gut gegen Luftmassen isoliert ist, die von Süden herandrängen. Die derzeitige Stratosphären-Wettervorhersage prognostiziert für den Ozonabbau günstige Bedingungen - sie ist bis Ende Februar gültig. Gut möglich, dass deshalb in diesem Jahr der Rekord des Winters 2011 eingestellt wird. "Damals haben wir im Kern des Wirbels an der Grenze von 220 Dobson Units gekratzt", so Rex. In Dobson Units wird die Gesamtmenge Ozon in der der Luftsäule über einem bestimmten Punkt auf der Oberfläche gemessen, 220 ist die offizielle Grenze, unterhalb der man von einem Ozonloch spricht.

Gerissen wird diese Latte eigentlich nur über der Antarktis. Dort ist die Ozonschicht von Natur aus dünner und die meteorologischen Verhältnisse viel stabiler als im Norden. Der antarktische Polarwirbel bildet sich regelmäßig jedes Jahr aus und bleibt bis weit in den Südfrühling hinein stabil. Kein Wunder also, dass in der Ozonschicht über der Antarktis ebenso regelmäßig ein Loch klafft. Der niedrigste Wert im Jahr 2015 wurde am 4. Oktober mit 101 Dobson Units gemessen, in den vergangenen 25 Jahren ging es in elf Jahren sogar bis unter 100 Dobson Units. In der Arktis ist das auch in diesem Winter nicht zu erwarten, weil die Ozonschicht so viel dicker ist. Dennoch überrascht die Tiefe der Delle, die schon jetzt zu erkennen ist. "Wir haben bis zum heutigen Datum etwa 100 Dobson Units verloren", erklärt Markus Rex, "und wir werden auch in den nächsten zwei Wochen durchaus noch einiges weiteres Ozon verlieren." Spannend wird es im März: "Dann wird die Sonne immer intensiver, Ende März haben wir wieder zwölf Stunden Sonne pro Tag", so Rex, "das kann zu viel schnelleren Ozonabbauraten führen, wenn der Polarwirbel dann noch existiert."