Ozonabbau

Als Ozonabbau wird die Zerstörung des Ozons in der Stratosphäre durch photochemische und katalytische Prozesse bezeichnet. Anthropogene Emissionen halogenierter Substanzen, die für Kühl-, Klima- und Wärmepumpensysteme verwendet werden, sowie die Emission von Distickstoffmonoxid haben zu einem Anstieg der Konzentration ozonabbauender Radikale in der Stratosphäre und dadurch zu einem Anstieg des Ozonabbaus im Verhältnis zur Ozonbildung geführt. Der stratosphärische Ozonabbau durch Spurengase aus anthropogenen Quellen ist eines der globalen Umweltprobleme des 21. Jahrhunderts.

Neben dem natürlichen Abbau im Ozon-Sauerstoff-Zyklus wird Ozon katalytisch durch Radikale wie das Hydroxyl-Radikal, Stickstoffmonoxid sowie atomares Chlor, Brom und Iod abgebaut. Letztere werden photolytisch aus halogenorganischen Verbindungen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) sowie bromierten und iodierten Kohlenwasserstoffen technischen oder natürlichen Ursprungs freigesetzt. Die Nettoreaktion dieser radikalinduzierten Katalysezyklen ist die Rekombination von Sauerstoffatomen mit Ozon zu molekularem Sauerstoff.

Der Ozonabbau wird zusätzlich zur chemischen Zusammensetzung der Stratosphäre und der Strahlungsleistung der Sonne von einer Vielzahl von Klimafaktoren und atmosphärischen Transportprozessen beeinflusst. Vulkanausbrüche, große Waldbrände und die Emission sehr kurzlebiger halogenorganischer Substanzen natürlichen Ursprungs beeinflussen ebenfalls den stratosphärischen Ozonabbau. Der durch Vulkanausbrüche mögliche Abbau der Ozonschicht wird neben anderen dadurch verursachten Umweltbelastungen mit früheren Massenaussterben in der Erdgeschichte in Verbindung gebracht.

Neben einer generellen Abnahme der Gesamtmenge an Ozon in der weltweiten Ozonschicht seit den 1970er Jahren findet seitdem auch ein starker Ozonabbau während des antarktischen Frühlings von August bis Anfang Dezember über dem Südpol statt. Dieser Abbau ist als Ozonloch bekannt, wobei die Ozonkonzentration innerhalb weniger Wochen dramatisch abnimmt. Der Ozonabbau erreicht dort seinen Höhepunkt Anfang Oktober und endet im späten Frühling oder frühen antarktischen Sommer. Nachdem es bereits in den 1970er Jahren Hinweise auf das Problem des Ozonabbaus gab, wurde 1985 das Ozonloch von Forschern des britischen Polarforschungsprogramms British Antarctic Survey, das ein Netz von Forschungsstationen in der Antarktis unterhält, erstmals weltweit publik gemacht. Besondere meteorologische Bedingungen wie der Einschluss der polaren Luftmassen im Auge des Polarwirbels über dem Südpol und die Bildung von polaren Stratosphärenwolken begünstigen den starken Ozonabbau. Der Ozonabbau in der Arktis ist meist weit weniger ausgeprägt als in der Antarktis. Anhaltende kalte Polarwirbel können jedoch auch in der Arktis einen Ozonabbau ermöglichen, der demjenigen in der Antarktis gleicht.

Der Ozonabbau und die Wechselwirkungen zwischen der stratosphärischen Ozonschicht und der ultravioletten Strahlung der Sonne haben vielfältige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sowie auf terrestrische und aquatische Ökosysteme, da eine ausgedünnte Ozonschicht mehr UV-B-Strahlung zum Erdboden durchlässt. Dies hat weltweit Besorgnis über ein erhöhtes Hautkrebsrisiko, die Schwächung des menschlichen Immunsystems und die Schädigung der Ökosysteme ausgelöst.

Diese Bedenken führten 1987 zur Verabschiedung des Montreal-Protokolls, eines internationalen Abkommens zum Schutz der Ozonschicht durch den schrittweisen Ausstieg aus der Produktion und Verwendung einer Reihe von ozonabbauenden Substanzen, das am 1. Januar 1989 in Kraft trat. Seither wurde es mehrfach überarbeitet. Mit der Kigali-Änderung des Montreal-Protokolls im Jahr 2016 wurde der Ausstieg aus der Produktion von Fluorkohlenwasserstoffen beschlossen, die zwar nicht ozonabbauend sind, jedoch als starke und langlebige Treibhausgase zum Klimawandel beitragen. Dank des Erfolgs des Montreal-Protokolls und seiner Änderungen und Anpassungen ist die Belastung der Erdatmosphäre mit anthropogenen Halogenen, die in den 1990er Jahren ihren Höhepunkt erreicht hatte, seither langsam zurückgegangen.