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Anstieg von Chlorwasserstoff in der Atmosphäre

Ozonabbauende Substanz in der Stratosphäre nimmt wieder zu.




Abbildung: Im astronomischen Dom auf dem Gebäude NW1 der Universität Bremen werden Messungen durchgeführt. Das Spektrometersystem befindet sich in dem Raum unter dem Dom. [Bildquelle: Universität Bremen]
Astronomischer Dom in Bremen

Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat jetzt Messungen veröffentlich, die einen aktuellen Anstieg von Chlorwasserstoff (HCl) in der Stratosphäre zeigen. Die Substanz spielt eine wichtige Rolle beim stratosphärischen Ozonabbau.

Nach dem Montreal-Protokoll, einem internationalen Abkommen zum Schutz der Ozonschicht von 1989, dürfte ein solcher Anstieg nicht zu erwarten sein. Das Umweltabkommen verpflichtet die Staaten zu einer Reduzierung und schließlich zur vollständigen Abschaffung der Emission von chlor- und bromhaltigen Chemikalien, die stratosphärisches Ozon zerstören. Als Ursache für den Anstieg von HCl wurde von den Wissenschaftlern eine vorübergehende, aber über einen längeren Zeitraum anhaltende Anomalie in der atmosphärischen Zirkulation ausgemacht. An der Studie mit den überraschenden Ergebnissen ist Professor Justus Notholt, Umweltphysiker der Universität Bremen, maßgeblich beteiligt.

 

Hintergrund

Die Ozonschicht schützt die Biosphäre vor der schädlichen UV-Strahlung und ist ein wesentlicher Bestandteil des Klimasystems. In der Stratosphäre - der Atmosphärenschicht zwischen etwa 15 bis 45 Kilometern Höhe - werden die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) durch die solare Strahlung zu Chloratomen zersetzt. Diese bilden dann Chlorwasserstoff (HCl), das Hauptreservoir von Chlor in der Stratosphäre. Chemische Prozesse im polaren Winter setzten die Chloratome aus diesem Reservoir frei. Sie können dann im polaren Frühling Ozon abbauen. Die Erholung der stratosphärischen Ozonschicht hängt vom Erfolg des Montreal-Protokolls ab, welches im Wesentlichen die Herstellung der FCKWs und ähnlicher Verbindungen schrittweise verboten hat. Diese Substanzen sind für den in den vergangenen 30 Jahren beobachteten Ozonabbau verantwortlich. Als ein Erfolg des Montreal-Protokolls hat sich die atmosphärische Belastung mit den FCKWs im vergangenen Jahrzehnt verringert und die Wissenschaftler sind optimistisch, dass sich die stratosphärische Ozonschicht in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts in vollem Umfang erholt hat.

Für die Messungen setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Infrarot-Spektrometer ein: Mit ihnen können aus der Abschwächung der Wärmestrahlung der Sonne Art und Menge von Luftbeimengungen bestimmt werden. Das KIT ist eine der weltweit führenden Einrichtungen für den Einsatz dieser Geräte für Luftmessungen. Drei der an dieser Studie beteiligten Spektrometer betreiben deutsche Forschungseinrichtungen. Neben dem KIT sind dies die Universität Bremen und das Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven. Das IMK-ASF betreibt Spektrometer seit den 1990er-Jahren in Zusammenarbeit mit schwedischen Wissenschaftlern in Kiruna und mit dem spanischen Wetterdienst AEMet (Agencia Estatal de Meteoroligia) in Izaña, Teneriffa. Die weiteren beteiligten Messstationen des internationalen "Network for the Detection of Atmospheric Composition Change" liegen auf Spitzbergen, Grönland, in der Schweiz, in Japan, Australien und Neuseeland. Die beobachtete Zunahme von HCl mit bis zu drei Prozent pro Jahr wurde nur an Stationen der Nordhemisphäre festgestellt, jedoch nicht in der Südhemisphäre, wo sich eher eine schnellere Abnahme abzeichnet.

 

Ergebnisse der Studie

Die Beobachtung der langfristigen Entwicklung der stratosphärischen HCl-Schicht ist daher notwendig, um den Erfolg des Montreal-Protokolls bei der Reduzierung der Ozon zerstörenden Substanzen zu überwachen. Der jüngste Anstieg der HCl-Konzentration wurde nur in der nördlichen Hemisphäre beobachtet, während in der Stratosphäre der Südhemisphäre die Konzentration im Einklang mit dem Montreal-Protokoll weiter abnimmt. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass der Anstieg von HCl mit einer Anomalie der Atmosphärenzirkulation zusammenhängt, der Aufstieg der Luftmassen in der Stratosphäre der Nordhemisphäre hat sich verlangsamt. Dadurch kann die Sonne mehr Chlor aus den FCKWs freisetzen, und die Konzentration von HCl nimmt zu. Die Ergebnisse basieren auf Messungen, die von einem Netzwerk mit Stationen in Spitzbergen, Grönland, Schweden, der Schweiz, Japan, Teneriffa, Australien und Neuseeland teilweise seit Jahrzehnten systematisch durchgeführt wurden. Die Bodenmessungen werden durch Satellitenbeobachtungen und Modellsimulationen abgesichert.

 

Ist das Montreal-Protokoll wirkungslos?

Indem der HCl Anstieg durch eine Änderung in der Zirkulation erklärt wird, und nicht durch das Auftreten von neuen, Ozon abbauenden Substanzen, bestätigt die Studie, dass das Montreal-Protokoll weiterhin ein Erfolg bleibt. Allerdings ist die zu erwartende langfristige Abnahme der Ozon abbauenden Substanzen in der Atmosphäre komplexer als gedacht. Professor Notholt: "Unsere Beobachtungen stellen nicht das Montreal-Protokoll in Frage. Sie zeigen vielmehr, dass die atmosphärische Variabilität und eventuell auch der Klimawandel einen Einfluss auf die Erholung der Ozonschicht besitzen. Sie wird kein gleichförmiger Prozess sein, sondern ein Auf und Ab. Die Abnahme der ozonabbauenden Chemikalien in der Atmosphäre wird noch viele Jahrzehnte dauern. Während dieser Zeit bleibt die stratosphärische Ozonschicht gefährdet."

 

Veröffentlichung im Journal 'Nature'

Die spektakulären Forschungsergebnisse wurden im Wissenschaftsjournal 'Nature', einer wöchentlich erscheinenden, englischsprachige Fachzeitschrift veröffentlicht [siehe Literatur-Hinweis unten]. Das renommierte Blatt ist die weltweit meist zitierte interdisziplinäre Fachzeitschrift für Naturwissenschaften.


Zusatzinformationen:

E. Mahieu, M. P. Chipperfield, J. Notholt, T. Reddmann, J. Anderson, P. F. Bernath, T. Blumenstock, M. T. Coffey, S. S. Dhomse, W. Feng, B. Franco, L. Froidevaux, D. W. T. Griffith, J. W. Hannigan, F. Hase, R. Hossaini, N. B. Jones, I. Morino, I. Murata, H. Nakajima, M. Palm, C. Paton-Walsh, J. M. Russell III, M. Schneider, C. Servais, D. Smale und K. A. Walker:
Recent Northern Hemisphere stratospheric HCl increase due to atmospheric circulation changes.
In: Nature; 515, 104 - 107, online veröffentlicht am 05. November 2014, DOI 10.1038/nature13857

Quelle: Universität Bremen

 


Aktualisiert am 06.11.2014.



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