Atmosphärisches Ozon: Vorteile und Probleme

Die Ozonschicht der Stratosphäre liegt in einer Höhe zwischen 10 und 40 km. Die starke Ozonkonzentration absorbiert die schädlichen UV-Strahlen der Sonne fast vollständig und ist daher für den Schutz des Lebens auf der Erde von entscheidender Bedeutung. So kann eine übermässige Exposition der Haut gegenüber ultravioletter Strahlung (hoher UV-Index) beim Menschen Hautkrebs hervorrufen. Hohe Ozonkonzentrationen in Bodennähe schaden Mensch und Natur, denn das Gas ist äusserst reaktiv. Dies kann bei Menschen zu Atmungsproblemen führen und das Wachstum von Pflanzen hemmen.

Ist das Problem der Ausdünnung der Ozonschicht gelöst?

Die Antwort auf diese Frage lautet weiterhin NEIN – und zwar aus folgenden Gründen:

• Die Ozonschicht hat sich noch nicht vollständig erholt und ihr Niveau von vor 1970 erreicht. Es dürfte voraussichtlich mehrere Jahrzehnte dauern, bis dieses Niveau wiederhergestellt ist.
• Das Ozonloch über dem Südpol (Antarktis) tritt immer noch alljährlich auf.
• Im Jahr 2011 wurde zum ersten Mal ein Ozonloch über dem Nordpol (Arktis) beobachtet.
• Die beiden Themen Klimawandel und Abbau der Ozonschicht sind eng miteinander verbunden.

Das 1986 verabschiedete Montrealer Protokoll funktioniert hervorragend – es gilt als das erfolgreichste Umweltabkommen der Geschichte. Die Ozonschicht erholt sich, ist aber weiterhin gefährdet, insbesondere weil neue Probleme aufgetreten sind.

Naturereignisse: Vulkanausbrüche wie der des Hunga Tonga-Hunga Ha'apai im Jahr 2022 können zu einer Verringerung der Ozonkonzentrationen führen, indem sie SO2 oder Wasserdampf in die Stratosphäre einbringen.

Waldbrände: Durch Waldbrände entstehende rauchgeladene Wirbel transportieren Aerosole in die Stratosphäre, was sowohl zu einer Abnahme des O3-Gehalts der Ozonschicht wie auch ihrer Aufblähung führt.

Anthropogene Emissionen: Die Emissionen anthropogener, sehr kurzlebiger Chlorsubstanzen und von Methylbromid nehmen weiter zu und tragen zum Abbau der Ozonschicht bei. Zwischen 2012 und 2018 wurden unerwartete Emissionen von FCKW-11 gemeldet.

Wechselwirkungen mit dem Klimawandel: Die Zunahme der Treibhausgase führt zu einer Abkühlung der Stratosphäre und verlangsamt die Brewer-Dobson-Zirkulation, während die Erholung der Ozonschicht tendenziell zu einer Erwärmung der Stratosphäre und einer Verstärkung der Zirkulation führt. Die Abkühlung der Stratosphäre und die Beschleunigung der Zirkulation erweisen sich als die dominierenden Effekte.

Daher ist es unerlässlich, die Entwicklung des Ozons in den verschiedenen Schichten der Atmosphäre zu messen und zu analysieren.

Ozonmessung ist eine Schweizer Tradition

Messungen der Ozonsäule

Die Schweiz misst schon seit langem das Ozon in der oberen Atmosphäre. Bereits 1926 begann Prof. P. Götz in Arosa auf dem Dach seines «Haus Firnelicht» mit Messungen der Ozonmenge, die seither praktisch ohne Unterbruch weitergeführt wurden.  Dank dieser weltweit einzigartigen Messreihe kann die Entwicklung der Ozonschicht über einen sehr langen Zeitraum studiert werden.

Die untere Grafik zeigt eindrücklich den Rückgang des Ozons an der Messstation von Arosa von den 1970er bis 1990er Jahren, der auf die Verwendung von ozonschädigenden Substanzen (FCKW) zurückzuführen ist. Es folgte eine Phase der Stabilisierung und eine allmähliche Rückkehr zu den Werten vor 1970.

Messungen des Ozonprofils

Mit der Höhe ändert sich die Ozonkonzentration wie auch ihre Entwicklung. Die Überwachung des Ozonprofils ist von entscheidender Bedeutung, da sie die frühzeitige Erkennung einer Erholung oder eines Rückgangs der Ozonwerte ermöglicht.

Ausserhalb der Polarregionen stimmen Beobachtungen und Modelle darin überein, dass sich das Ozon in der oberen Stratosphäre mit einer Rate von 2–5 % pro Jahrzehnt erholt. Im Gegensatz dazu zeigt das Ozon in der unteren Stratosphäre keine Anzeichen einer Erholung. Die Modelle simulieren eine geringe Erholung des Ozons in der unteren Stratosphäre der mittleren Breiten in beiden Hemisphären, was aber in den Beobachtungen nicht zu erkennen ist.

MeteoSchweiz misst das vertikale Ozonprofil mit verschiedenen bodengestützten Techniken. Ballonsonden erlauben Messungen des atmosphärischen Ozons vom Boden bis in eine Höhe von 35 km. Sie werden in Payerne seit 1966 eingesetzt. Diese ununterbrochene Sondierungsreihe hilft uns, die Entwicklung des Ozongehalts der Troposphäre und der Stratosphäre nachzuvollziehen.

Seit 1956 werden die Ozonprofile zweimal täglich mit Dobson- und Brewer-Spektralphotometern gemessen (Umkehrmethode). Dies ist die längste Umkehrmessreihe der Welt.

Seit 2000 misst das Mikrowellenradiometer SOMORA (Stratospheric Ozone Monitoring Radiometer) das Volumen-Mischverhältnis des Ozons von der Stratosphäre bis zur unteren Mesosphäre.