Für gewöhnlich kommt es jedes Jahr über der Antarktis ab August zu einer schnellen und kräftigen Abnahme der Ozonschicht. Dieses Phänomen wird antarktisches Ozonloch genannt. Zum Jahresende hin füllt sich dieses Loch aber wieder auf.
Was aber ist Ozon überhaupt und warum bilden sich Löcher?
Ozon ist ein aus drei Sauerstoffatomen bestehendes Molekül. Dieses bei Zimmertemperatur und normalem Luftdruck farblose Gas hat zwei Gesichter: Am Boden ist es aufgrund seiner oxidierenden Wirkung für Menschen, Tiere und Pflanzen schädlich, aber in der Stratosphäre (das ist diejenige Schicht der Atmosphäre, die sich etwa zwischen 11 und 50 km Höhe befindet) schützt das dort befindliche Ozon vor der schädlichen UV-Strahlung der Sonne. Die höchste Ozonkonzentration findet man in einer Höhe von 32 Kilometern. Gemessen wird der Gehalt an Ozon in sogenannten Dobson-Einheiten (Dobson Unit - DU). Wenn man das gesamte Ozon aus einer vom Erdboden bis ins Weltall reichenden Luftsäule nehmen und auf eine Temperatur von 0 °C und einen Druck von 1013,25 hPa (1 atm), also den Normaldruck auf der Erde, bringen würde, wäre diese Säule etwa 0,3 cm (oder auch 0,3 atm-cm) dick. Aus praktischen Gründen definierte man eine Dobson Unit als 0,001 atm-cm. Daher entspricht eine Säule von 0,3 atm-cm 300 DU. Von einem Ozonloch spricht man, wenn der Wert von 220 DU unterschritten wird. Diese Zahl wurde als Grenzwert festgelegt, da sich in historischen Beobachtungen von 1930 bis 1979 keine niedrigeren Werte finden lassen.
Der Abbau des Ozons in der Stratosphäre wird neben natürlichen Quellen (wie zum Beispiel Vulkanausbrüche) hauptsächlich durch gasförmige Halogenverbindungen verursacht, die über einen langen Zeitraum in höhere Atmosphärenschichten transportiert werden. Vorrangig sind hier die in früherer Zeit durch den Menschen in die Atmosphäre eingebrachten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zu nennen. Mittlerweile hat Lachgas (Distickstoffmonoxid), das unter anderem durch Stickstoffdüngung der Böden in die Atmosphäre eingebracht wird, deren Rolle als bedeutendste Quelle ozonschädlicher Emissionen übernommen. Diese Stoffe sammeln sich aufgrund getrennter Temperatur- und Strömungsverhältnisse in der Stratosphäre und können von dort nicht mehr so einfach verschwinden. Sie dienen als Katalysator für die Reaktion von Ozon zu gewöhnlichem Sauerstoff. Die Abnahme der Ozonschicht hat negative Folgen sowohl für den Menschen als auch für seine Umwelt, da mehr UV-B-Strahlung auf die Erdoberfläche gelangt. Sofern man sich nicht dagegen schützt, kann das beim Menschen zu Hautschäden bis hin zum Hautkrebs führen. Aus diesem Grund beschloss man 1987 im "Montreal-Protokoll" das Verbot der Emission von FCKW in die Atmosphäre.
Für das ausgeprägte Ozonloch im antarktischen Frühjahr ist unter anderem auch die Bildung polarer Stratosphärenwolken (PSC) verantwortlich. Für gewöhnlich gibt es in der Stratosphäre aufgrund der dort herrschenden Trockenheit keine Wolken. Wenn aber während der südlichen Polarnacht die Temperaturen besonders tief sind, können Reste von Wasserdampf zusammen mit Salpetersäure (Sauerstoffsäure des Stickstoffs) gefrieren und so die PSCs bilden. Wenn sich die Dunkelheit in der Polarnacht dem Ende zuneigt, können nun bei Sonnenaufgang (je höher man in der Atmosphäre ist, desto eher geht die Sonne während der Polarnacht wieder auf) durch chemische Reaktionen sehr viele Ozon zerstörende Radikale frei werden. Dass das Ozonloch auf der Südhalbkugel viel ausgeprägter ist als auf der Nordhalbkugel, liegt in der Form des antarktischen Kontinents begründet. Während der Polarnacht entstehen großräumige Höhentiefs, die sogenannten Polarwirbel. Diese behindern den Zufluss von Luft aus den tropischen Ozon-Entstehungsgebieten, wo durch die starke Sonneneinstrahlung die meisten zweiatomigen Sauerstoffmoleküle zu dreiatomigem Ozon umgewandelt werden, zu den Polen. Findet dieser Zufluss statt, nennt man dies die Brewer-Dobson-Zirkulation. Aufgrund der großen Eisflächen und der im Wesentlichen runden Form des antarktischen Kontinents ist dort der Polarwirbel an seinen Rändern wenig gestört und es können sehr tiefe Temperaturen bis -85 °C erreicht werden. Auf der Nordhalbkugel aber stören die Gebirge der hohen Breiten und Meeresströmungen eine solche starke Ausprägung des Polarwirbels, wodurch wärmere Luft eingemischt wird. In der Folge können bei nicht so tief absinkenden Temperaturen keine PSCs entstehen, was zu einer Dämpfung des Ozonabbaus führt.
Gegen Ende jedes Jahres wird die Ozonschicht am Südpol durch das Verschwinden des Polarwirbels und den resultierenden Zustrom ozonreicher Luft aus Richtung Äquator wieder aufgefüllt.
Wie Sie dem Diagramm unter www.dwd.de/tagesthema entnehmen können, ließ sich, verglichen mit den Vorjahren, in diesem Jahr (schwarze Linie) zwar recht spät ein Ozonloch beobachten. Dafür gewann es aber rasch an Größe und erreichte bereits am 17. September eine Größe von über 25 Millionen Quadratkilometern (km²). Zwei Tage später hatte es mit 26,66 Millionen km² seine bisher größte Ausdehnung. Damit ist es das größte Ozonloch seit 2008. Damals hatte das Ozonloch am 12. September eine Größe von 27 Millionen km². Mit 29,86 Millionen km² erreichte das antarktische Ozonloch am 9. September 2000 seine historisch maximale Ausdehnung. Diese riesigen Flächenangaben kann man sich vielleicht besser vorstellen, wenn man die Fläche des größten Landes der Erde, nämlich Russlands, gegenüberstellt. Diese beträgt "nur" ungefähr 17 Millionen km².
Nach aktuellen Trends soll das Ozonloch noch etwas anwachsen und könnte somit das größte seit 2006 (29,6 Mio. km²) werden. Dennoch lässt eine globale Verringerung des Ozonabbaus auf eine allmähliche Erholung der Ozonschicht hoffen.
M.Sc. Met. Stefan Bach
Deutscher Wetterdienst