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Klima: Arktisches Ozonloch beeinflusst unser Wetter

Über der Arktis tritt immer wieder Ozonmangel auf. Das wirkt sich auch auf die mittleren Breiten aus - vor allem im Frühling.
Arktisches Ozonloch 2020

Seit 2010 schrumpfte die Ozonschicht über der Arktis dreimal dramatisch: 2011, 2016 und 2020, als sogar 95 Prozent des Ozons im Kernbereich abgebaut wurden. Laut einer Studie von Marina Friedel von der ETH Zürich und ihren Kollegen in »Nature Geoscience« scheint dieses Ozonloch das Wetter über Mitteleuropa zu beeinflussen. Das Team hatte beobachtet, dass in den gleichen Jahren, in denen der Schwund besonders ausgeprägt auftrat, sich ebenso starke Wetteranomalien in Nord- und Mitteleuropa sowie in Sibirien zeigten. Rund um den Nordpol war es dagegen feuchter als im langjährigen Mittel.

Unklar war der Arbeitsgruppe anfänglich, ob das eine das andere auslöst oder ob beide eine gemeinsame Ursache haben: etwa die dynamische Variabilität der unteren Stratosphäre. Beide wären dann ein Symptom dieser atmosphärischen Veränderung. Friedel und Co simulierten daher den Ozonabbau in zwei unterschiedlichen Klimamodellen, was bislang meist unterbleibt, weil die zusätzliche Berücksichtigung des stratosphärischen Ozons zu viel Rechnerkapazität kosten würde.

Ihre Berechnungen zeigten dann jedoch eindeutig, dass die beiden berücksichtigten Wetteranomalien 2011 und 2020 maßgeblich auf die jeweiligen Ozonlöcher über der Arktis zurückzuführen waren. Die Simulationen deckten sich demnach stark mit den Beobachtungsdaten aus den beiden Jahren sowie mit acht weiteren solchen Ereignissen aus den letzten 40 Jahren, die zu Vergleichszwecken herangezogen wurden. Schaltete die Arbeitsgruppe in den Modellen die Ozonzerstörung jedoch aus, konnte sie die Beobachtungen nicht reproduzieren.

Am Anfang des Phänomens steht der Ozonabbau in der Stratosphäre: Er beginnt, wenn die Temperaturen in der Arktis sehr tief sind. »Die Ozonzerstörung läuft nur dann ab, wenn es kalt genug und der Polarwirbel in der Stratosphäre rund 30 bis 50 Kilometer über dem Erdboden, stark ist«, sagt Friedel.

Normalerweise absorbiert Ozon die von der Sonne abgegebene UV-​Strahlung und erwärmt dadurch die Stratosphäre. Das trägt zum Zerfall des Polarwirbels im Frühjahr bei. Fehlt das Ozon, kühlt sich die Stratosphäre weiter ab und der Wirbel verstärkt sich, was bis zur Erdoberfläche durchschlägt. »Ein starker Polarwirbel erzeugt dann die beobachteten Oberflächeneffekte«, sagt der an der Studie beteiligte Gabriel Chiodo von der ETH. Der Wirbel bleibt länger stabil als in Jahren ohne Ozonloch und stabilisiert dadurch das Kältehoch über der Arktis.

Ozon trägt also wesentlich dazu bei, dass sich die Temperaturen und die Zirkulation rund um den Nordpol verändern. Nur ein Teil der Wetteranomalien geht dagegen auf die dynamischen Veränderungen der Luftströmungen zurück, also auf klimatische Einflüsse, die unabhängig vom Ozonloch sind.

Umgekehrt begünstigt der Klimawandel, dass sich häufiger Ozonlöcher über der Arktis ausbilden: Durch veränderte Luftströmungen bleibt die polare Stratosphäre im Frühjahr länger kalt und wird verhindert, dass warme Luftmassen in diesen Höhenlagen nach Norden vordringen. Und das wiederum begünstigt den Ozonabbau. Gleichzeitig fördern dieselben Gase, die an der Erdoberfläche zur globalen Erwärmung führen, eine Abkühlung der höheren Luftschichten in der Stratosphäre. Generell gibt es zwar unregelmäßig mal warme und mal kalte stratosphärische Winter im Polarwirbel. Eine Analyse meteorologischer Daten der letzten 56 Jahre hat 2021 jedoch einen Trend hin zu tieferen Temperaturen in den kalten stratosphärischen Wintern gezeigt.

Trotz des Verbots von FCKW im Jahr 1987 waren die Konzentrationen ozonabbauender Substanzen über dem Nordpol bis 2000 noch gestiegen. Erst seitdem sinken sie langsam auf inzwischen 90 Prozent der Höchstwerte. Zusammen mit den sinkenden Temperaturen in der Stratosphäre reicht dies jedoch weiterhin aus, um das Ozon zu zerstören. Laut Computermodellen kann das noch bis zum Jahr 2100 weitergehen.

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