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Klimatologie: Gewitter durchlöchern Ozonschicht

In den großen Kumulonimbuszellen von Gewittern werden riesige Wassermassen konvektiv in die Höhe transportiert – im Extremfall enthalten derartige Wolken mehrere Millionen Tonnen Wasser. Während Meteorologen aber bislang davon ausgingen, dass die meisten Kumulonimbus nur bis maximal 14 Kilometer Höhe reichen, mussten nun James Anderson von der Harvard University in Cambridge und seine Kollegen diese Werte deutlich nach oben korrigieren: Etwa die Hälfte der von ihnen ausgewerteten Gewitterstürme erreicht tatsächlich Höhen von bis zu 20 Kilometern – sie ragen damit in den Bereich der Ozonschicht hinein.

Gleichzeitig pumpen diese Wolkenungetüme entsprechende Mengen Wasserdampf bis in diesen Grenzbereich der Stratosphäre – was nach Beobachtung der Klimatologen der Ozonschicht schaden könnte: Der von der Sonnenstrahlung mit Energie versorgte Abbau von O3-Molekülen läuft vor allem temperatur- und wasserdampfgesteuert ab. Je mehr H2O vorhanden ist, desto schneller und stärker können die am eigentlichen Ozonabbau beteiligten Chlor- und Bromradikale entstehen, mit den dreiteiligen Sauerstoffmolekülen zu normalem Sauerstoff reagieren und sich wieder zu Brom- und Chlorgas regenerieren. Normalerweise enthält die Stratosphäre etwa 5 ppm (parts per million) Wasser, durch heftige Konvektion kann dieser Wert nach den Berechnungen von Anderson und Co auf 12 bis 18 ppm ansteigen. Bereits ab diesen Werten setzt der Ozonabbau auch in gemäßigten Breiten ein. Entsprechend dünne die UV-Schutzhülle im Anschluss an das Unwetter um ein Viertel bis ein Drittel aus, so die Wissenschaftler.

Große Gewitter verursachen also lokale Ozonlöcher, die einen Durchmesser von bis zu 100 Kilometer haben können. Dadurch steige das Hautkrebsrisiko auch in dichtbesiedelten Gebiete zeitweise, befürchtet Anderson. Normalerweise findet der Ozonabbau im Frühjahr über der Arktis und vor allem der Antarktis statt, wenn die ersten Sonnenstrahlen die Energie für die chemische Reaktion liefern.

Für ihre Studie haben die Forscher die Ergebnisse von Messflügen mit Klimamodellen kombiniert. Die Auswertung von Flugdaten zeigten, dass vor allem Sturmzellen mit mehr als 50 Kilometer Durchmesser einen ausreichend starken Sog entwickeln, der Wasserdampf bis in die Stratosphäre jagt. Normalerweise steigt Wasserdampf in Gewitterzellen nur bis zur Tropopause auf, der Grenzschicht zwischen Tropo- und Stratosphäre: Dort bildet sich dann der so genannte Amboss – ein nach oben abgeflachtes Wolkengebilde. In Nordamerika bauen sich Gewitterungetüme meist zwischen den Rocky Mountains und der Atlantikküste auf; allerdings geben die Forscher zu bedenken, dass die nötigen meteorologischen Bedingungen auch in anderen Regionen der Erde gegeben sind.

Wegen der Erderwärmung dürften sich kleine und lokale Ozonlöcher zukünftig häufiger bilden, solange der Chlor- und Bromgehalt in der Atmosphäre nicht wieder auf vorindustrielles Niveau sinkt: Steigende Temperaturen sorgen für zunehmende Verdunstung, weshalb sich mehr Wasserdampf in der Atmosphäre anreichert. Steigt die erhitzte feuchte Luft im Kumulonimbus auf, kühlt sie sich ab, das Wasser kondensiert, und Wärmeenergie wird frei. Dadurch verstärkt sich der Sog in der Zelle, bis sie im Extremfall die Tropopause durchstanzt und die Stratosphäre mit Dampf anreichert.

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