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Antarktis Riesiges Ozonloch über dem Südpol 2020
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Entwicklung der Ozonschicht über der Antarktis
Riesiges Ozonloch über dem Südpol
18 Millionen Quadratkilometer - noch nie seit Beginn der Aufzeichnungen waren die Ausmasse des Ozonlochs über dem Südpol im Dezember so gross.
Trotz Sommerbeginn in der Antarktis blieb der Wechsel von Westwind auf Ostwind lange aus.
Ein Wetterphänomen im Pazifik könnte dazu beitragen.

Das Ozonloch über der Antarktis war Anfang Dezember 2020 so gross wie noch nie zu dieser Zeit. Es nahm eine Fläche von etwa 18 Millionen Quadratkilometern ein. Damit überragte es die Landfläche der gesamten Antarktis (etwa 14 Millionen Quadratkilometer) erheblich.

Wie ein Schutzmantel breitet sich die Ozonschicht über uns aus und absorbiert einen Grossteil der schädlichen UV-Strahlung der Sonne.

Wenn die Schutzschicht jedoch so dünn wird, dass sie den Normalwert um etwa ein Drittel unterschreitet, dann spricht man von einem "Ozonloch".

Es handelt sich um das extremste Ausmass für diese Jahreszeit in den letzten 41 Jahren. Seitdem erfassen die Atmosphärenforscher im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Daten. Eigentlich sollte das Ozonloch über der Südhalbkugel im Dezember schon so gut wie verschwunden sein. Denn in der Antarktis beginnt der Sommer: Mit dem Sonnenschein am Polartag ändern sich normalerweise die Druck- und Windverhältnisse, die das Ozonloch spätestens Anfang November in sich zusammenfallen lassen.

Die Animation zeigt, wie sich das Ozonloch über der Antarktis zwischen dem 9. November und 13. Dezember 2020 entwickelt hat.

Aber nicht in diesem Jahr, wie die Wissenschaftler im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR festgestellt haben. Die Ausprägung des Ozonlochs über dem Südpol wird durch einen polaren Wirbel bestimmt, der vom Boden aus 50 Kilometer hoch in die Stratosphäre reicht. "Man kann sich diesen Wirbel als ein grosses Tiefdruckgebiet in der Stratosphäre vorstellen", erklärt Lisa Küchelbacher vom DFD. "Ein sehr starker Westwind am Rand des polaren Wirbels verhindert in der Kälte der Polarnacht grösstenteils den Luftmassenaustausch zwischen Äquator und Pol." Wenn im Frühling am Südpol langsam die Sonne aufgeht und Energie liefert, beginnt der Ozonabbau im polaren Wirbel durch eine chemische Reaktion. Mit zunehmender Wärme lässt der Westwind nach. Letztlich kehren sich die Windverhältnisse um und das Ozonloch wird kleiner. "Die Umstellung von West- auf Ostwindsystem hat erst sehr spät stattgefunden", sagt Lisa Küchelbacher. "Möglicherweise lag dies an der diesmal ungewöhnlich starken Ausbildung des polaren Wirbels auf der Südhalbkugel."

Planetare Wellen zu schwach

Die Ursache dafür ist wiederum eine Schwäche der sogenannten planetaren Wellen. Diese sorgen in der Stratosphäre für den Luftaustausch zwischen den Polargebieten und den mittleren Breiten. Sie lassen den polaren Wirbel schwanken und beeinflussen den Wind. Wegen der geringen Aktivität der Wellen blieb der polare Wirbel aber kreisrund über dem Südpol. Erst ab dem 5. Dezember nahm die Aktivität der Wellen zu, was nun einen Wechsel auf die südpolaren Sommerbedingungen eingeleitet hat.

Was hat der Pazifik mit dem Ozonloch zu tun?

Möglicherweise beeinträchtigt eine besondere Situation im Pazifik die planetaren Wellen: In Äquatornähe spielt sich die El-Niño-Southern-Oscillation (ENSO) ab, die alle drei bis sieben Jahre weltweit die Dynamik beeinflusst. Der Mechanismus ist zurückzuführen auf eine Kopplung zwischen Ozean und Atmosphäre. Die Oberfläche des Pazifiks ist vor der Westküste Lateinamerikas gerade besonders kalt. Das heisst, der Ozean liefert wenig Energie für die planetaren Wellen. "Es könnte also sein, dass der polare Wirbel in der südhemisphärischen Stratosphäre auch durch den Einfluss von ENSO so stabil war. Das kann die Ausbildung des Ozonlochs besonders begünstigt haben", erklärt Lisa Küchelbacher.

Im Frühjahr 2020 gab es auf der Nordhalbkugel ebenfalls einen aussergewöhnlich starken und stabilen Polarwirbel: Auch im März wurden Rekordwerte gemessen. Ob ein Zusammenhang mit den aktuellen Werten über der Antarktis besteht, ist noch unklar.

Quelle: Text Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 17. Dezember 2020
Arktis
2020 Ozonloch erstmals in der Arktis beobachtet
Arten von Jetstreams Polar- u. Subtropen-Jet
Die Dobson-Einheit (Dobson Unit, DU)

Um die Ozongesamtmenge in der Atmosphäre über einem bestimmten Ort zu messen, nutzt man die sogenannte "Dobson Einheit" (engl. Dobson Unit, DU).

Die Dobson-Einheit (Dobson Unit, DU) ist definiert als eine 0,01 mm dicke Schicht von reinem Ozon, gemessen am Boden bei einer Temperatur von 0 °C und einem Luftdruck von 1 Atmosphäre. Wäre das gesamte Ozon in einer Luftsäule am Boden konzentriert, so entsprächen 330 DU einer Ozonschicht von 3,3 mm Dicke.

Quelle: BAFU
Zirkumpolarer Vortex

Der zirkumpolaren Vortex ist eine starke Luftströmung aus westlichen Richtungen, welche sich im antarktischen Winter in der Stratosphäre aufbaut. Die Luftmassen im Innern dieser kreisförmigen Windströmung werden von den übrigen Luftbewegungen abgeschlossen und können sich daher stark abkühlen. In 17 km Höhe kann die Lufttemperatur in Phasen einer starken zirkumpolaren Vortex-Strömung bis gegen minus 80°C fallen.

In dieser kalten Zeit bilden sich chlorhaltige Gase. Wenn im antarktischen Frühling die Sonne die Luft wieder erwärmt, helfen diese chlorhaltigen Gase dabei, das Ozon abzubauen und das Ozonloch zu verstärken. Im antarktischen Sommer verschwindet der zirkumpolare Vortex wieder und neues Ozon strömt gegen den Südpol.

In der Arktis sind die Luftbewegungen in der Stratosphäre viel unregelmässiger als in der Antarktis und die Lufttemperaturen fallen dort weniger stark ab. Die gebirgigen Landmassen, welche den Arktischen Ozean umgeben, verhindern einen regelmässigen Aufbau einer Luftströmung in der Stratosphäre. In der Stratosphäre über der Arktis sind Wolken mit chlorhaltigen Gasen daher weniger häufig als in der Antarktis und die Bildung eines Ozonlochs ist seltener.

Quelle: BAS, Text: RAOnline
Montreal-Protokoll
Das «Montreal-Protokoll», welches 1987 unterzeichnet und inzwischen von mehr als 190 Staaten ratifiziert wurde, regelt das Verbot und den Einsatz ozonschichtabbauender Stoffe. Die Ozonschicht absorbiert einen Grossteil der UV-Strahlung der Sonne und schützt so das Leben auf der Erdoberfläche vor deren schädlichen Einflüssen.
siehe: Montreal-Protokoll
Wie entsteht Ozon? Entstehung, Zerstörung

Ozonloch

Als Ozonloch wird eine starke Ausdünnung der Ozonschicht bezeichnet. Diese wurde Anfang der Achtziger Jahre erstmals von britischen Wissenschaftlern über der Antarktis beobachtet und ist seitdem eine stetig wiederkehrende Erscheinung, die nach folgendem Muster abläuft:

Im antarktischen Winter (Polarnacht, Mai bis August) kühlt die Luft über der Antarktis wegen fehlender Sonnenstrahlung stark ab. Dadurch bildet sich in der Stratosphäre ein extrem starker Windwirbel um die Antarktis herum, der verhindert, dass ozonreiche Luft, die über den niedrigen Breiten gebildet wird, herangeführt werden kann. Durch die Abkühlung entstehen ausserdem so genannte polare stratosphärische Wolken, die im Frühling zusammen mit der wieder einsetzenden Sonnenstrahlung die chemischen Reaktionen des Ozonabbaus in Gang setzen und verstärken.

Eine entscheidende Rolle spielen dabei die vom Menschen in die Atmosphäre gebrachten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Deren Moleküle werden durch das Sonnenlicht in chemisch aktive Halogene - vor allem Chlor und Brom - gespalten, die dann wiederum das Ozon abbauen. Messdaten aus Jahren mit einem besonders starken Ozonabbau zeigen, dass sich der Ozonanteil der Atmosphäre über der deutschen Forschungsstation Neumayer in der Zeit von Mitte bis Ende August, also innerhalb von etwa zwei Wochen, um circa 40 Prozent reduziert hatte. Innerhalb der eigentlichen Ozonschicht in einer Höhe von 15 bis 17 Kilometern waren zur selben Zeit die maximalen Ozonkonzentrationen sogar um 70 Prozent und mehr gesunken.

Das Ozon in der Atmosphäre befindet sich zu rund 90 Prozent in einer Höhe zwischen 15 und 30 Kilometer. Als "Ozonschicht" erfüllt das Spurengas dort eine wichtige Schutzfunktion, indem es einen Grossteil der schädlichen UV-Strahlung der Sonne absorbiert. Um die Ozongesamtmenge in der Atmosphäre über einem bestimmten Ort zu messen, nutzt man die sogenannte "Dobson Einheit" (engl. Dobson Unit, DU).

Eine Ozonschicht mit dem Wert von 100 Dobson Einheiten entspricht einer 1 Millimeter dicken Säule, die aus reinem Ozon besteht. Sobald dieser Messwert unter 220 DU sinkt, spricht man von einem "Ozonloch". Die Ozonschicht ist dann mindestens 30 Prozent dünner als normal.

Ozon (O3) ist ein Sauerstoffmolekül aus drei Sauerstoffatomen.

Es wirkt als sehr starkes Oxidationsmittel mit typischem, leicht stechendem Geruch.

Ozon zerfällt nach kurzer Zeit in normalen Sauerstoff (O2).

Die aggressive Sauerstoff-Form Ozon wird überall dort gebildet, wo durch Energiezufuhr O2 in Sauerstoffatome (O) zerlegt wird, die mit weiterem O2 zu Ozon reagieren können. Dies kann durch UV-Strahlung, Blitzschlag, Schweissen geschehen. Auch elektrische Entladungen von Hochspannungen, wie sie in Photokopierern (Kopieren), Laserdruckern und Luftionisiergeräten auftreten, sind Ozonquellen.
Wie entsteht Ozon? Entstehung, Zerstörung UV-Strahlen sind schädlich

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Weitere Informationen
Ozonschicht über der Antarktis 1994-2004
Ozon-Konzentration über der Antarktis 2007
Antarktis 2011 - Entwicklung der Ozonschicht
Antarktis 2012 - Ozonloch wird kleiner
Antarktis 2013 - Ozonloch bleibt stabil
2014 - Das Ozonloch wird sich schliessen
Antarktis 2015 - Ozonloch löst sich fast auf
Arktis 2020 - Ozonloch in der Arktis beobachtet
Arktis und Antarktis
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