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Abbau der stratosphärischen Ozonschicht

Der Ozonabbau in der Stratosphäre erfolgt räumlich und zeitlich nicht gleichmäßig. Am stärksten ist er in den polaren Regionen und dort während der Monate September bis Dezember am Südpol („antarktisches Ozonloch“) (siehe Abb. „Verteilung des Gesamtozons unter den Bedingungen des Ozonloches im September 2006“ und Abb. „Vertikalverteilung des Ozons unter den Bedingungen des Ozonloches“). Über Mitteleuropa beträgt der Abbau der Ozonschicht über die letzten 35 Jahre etwa 7 %, wobei die letzten Jahre keine Abnahme mehr zeigen (siehe Abb. „Ozonschichtdicke am Hohenpeißenberg mit Episoden, in denen der Aerosolgehalt in der unteren Stratosphäre nach Vulkanausbrüchen erhöht war“). Der äquatoriale Bereich ist kaum betroffen.

Das antarktische Ozonloch bildet sich aus, weil infolge der geografischen Symmetrie sich im antarktischen Winter ein Wirbel bildet, in dem die Temperaturen auf unter – 80 °C sinken. Unter diesen Bedingungen bilden sich polare stratosphärische Wolken, an deren Partikel sich Chlor- und Bromverbindungen anlagern und mit Einsetzen des Frühjahres unter Lichteinfluss sehr effizient das stratosphärische Ozon zerstören. Die Entwicklung des Ozonloches ist aus der Abb. „Zeitliche Entwicklung der Größe des Ozonloches (Gesamtozon < 220 DU)“ ersichtlich.

Als Folge des Montrealer Protokolls über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen, und seiner Fortschreibung ist weltweit die Produktion und Verwendung von FCKW und Halonen drastisch zurückgegangen. In der EU ist sie, bis auf wenige Ausnahmen, seit 1995 untersagt. Hierdurch sind die Voraussetzungen für einen Konzentrationsrückgang von ozonschichtabbauenden Stoffen und die allmähliche Erholung der Ozonschicht geschaffen worden (siehe Abb. „Einfluss der internationalen Abkommen auf die Konzentration der ozonzerstörenden Substanzen Chlor und Brom in der Stratosphäre“). Die Mengen an Ozon abbauenden Stoffen in den unteren Atmosphärenschichten zeigen eine erste rückläufige Tendenz.

Die Erholung der Ozonschicht und der Rückgang des Ozonloches im Verlauf der kommenden Jahrzehnte werden allerdings dadurch verzögert, dass der die Troposphäre erwärmende Treibhauseffekt sich umgekehrt auf die Stratosphäre abkühlend auswirkt. In der Vergangenheit wurde eine Abkühlung von 0,6 °C pro Dekade festgestellt, wozu die Ozonabnahme selbst einen Beitrag liefert. Die auch für die Zukunft weiter zu erwartende Abkühlung begünstigt die Bildung polarer stratosphärischer Wolken, die ihrerseits die Ozonzerstörung fördern. Die stratosphärischen Ozonkonzentrationen über der Antarktis werden wegen der Langlebigkeit der Ozon abbauenden Stoffe noch etwa 10 bis 20 Jahre sehr niedrige Werte annehmen. Ozonkonzentrationen, die mit den Werten vor 1980, also vor Auftreten des Ozonlochs über der Südpolarregion, vergleichbar sind, werden frühestens für das Jahr 2065 erwartet.

UV-B-Strahlung an der Erdoberfläche

Die Ozonschicht der Erdatmosphäre absorbiert einen großen Teil der ultravioletten (UV-B) Strahlung der Sonne. Der Abbau von Ozon in der Ozonschicht reduziert diese absorbierende Wirkung, so dass mit einer Zunahme der für die Gesundheit des Menschen sowie für terrestrische und aquatische Ökosysteme schädlichen UV-Strahlung zu rechnen ist.

Der gegenläufige Gang von Ozonschichtdicke und UV-Strahlungsintensität ist am besten bei Episoden mit klarem Himmel zu verzeichnen. In der Abb. „Trend mittlerer Gesamtozongehalte und UV-Index zur Mittagszeit in Lauder (Neuseeland)“ sind die Verläufe von Gesamtozon und UV-Index im Sommerhalbjahr für den Ort Lauder in Neuseeland beispielhaft wiedergegeben. Allerdings hat sich dieser Trend in den letzten Jahren nicht mehr fortgesetzt.

Da aber auch weitere Faktoren wie Bewölkungsgrad, Aerosolgehalt und Albedo (Reflektion) sich auf die UV-Strahlung auswirken, ist die Abhängigkeit bei kontinuierlichen Zeitreihen weniger klar ausgeprägt. Die Länge der Zeitreihen mit spektral aufgelösten UV-Messungen, die unter anderem im Hinblick auf die Wirkungen wichtig sind, reicht noch nicht aus, um signifikante Trends aufzuweisen.

Diese Komplikation zeigt sich beim Vergleich der aus der UV-B-Schichtdicke berechneten und den an der Erdoberfläche gemessenen UV-B-Trends.

Mit Hilfe von Strahlungstransfermodellen kann bei bekanntem Gesamtozongehalt und unter bestimmten Annahmen die bodennahe solare UV-Strahlung geschätzt werden. Die seit 1968 am Meteorologischen Observatorium Hohenpeißenberg durchgeführten Modellrechnungen anhand der über einen Zeitraum von 35 Jahren gemessenen Ozonsäulen (Monatsmittel) ergeben für Tage mit klarem Himmel die in der Tab. „Berechnete jährliche Veränderungen der UV-Strahlungsintensität für verschiedene Monate und Wellenlängen“ dargestellten Werte für die wellenlängen- und sonnenstandsabhängige Zunahme der UV-Strahlung.

Aufgrund der Variabilität der Ozonschichtdicke im Verlauf des Jahres ergeben sich für verschiedene Monate unterschiedliche Trends. Die in den letzten Jahren am Hohenpeißenberg festgestellte Stagnation der Ozonschichtdichte verringert den Trend der UV-Zunahme.

In Deutschland wird die solare UV-Strahlung seit 1994 von Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) und Umweltbundesamt (UBA) an vier repräsentativen Standorten kontinuierlich gemessen, gesundheitlich bewertet und u.a. im Internet tagesaktuell veröffentlilcht . Weitere Bundes- und Ländereinrichtungen, die in den letzten Jahren mit vergleichbarer Gerätetechnik und Qualitätssicherung an zusätzlichen Standorten mit dem Messbetrieb begonnen haben, stehen in enger Assoziation mit dem UV-Messnetz von BfS und UBA (siehe Abb. "Gemeinsames UV-Messnetz des BfS und des UBA mit assoziierten Stationen").

Da außer der Ozonschichtdicke weitere Einflussgrößen, vor allem Wolken, teilweise auch Aerosole die Intensität der auf der Erdoberfläche ankommenden UV-Strahlung erheblich beeinflussen, ist im Zeitraum 1998 bis 2007 bei den vier Messstellen kein signifikanter UV-Trend erkennbar. Wie stark das Wettergeschehen die Messwerte beeinflusst, zeigt Abb. "Entwicklung der UV-Exposition im Messnetz von BfS und UBA".

Während der Bedingungen des Ozonloches am Südpol tritt die stärkste UV-Strahlungsintensität mit zeitlicher Verzögerung gegenüber dem Ozon-Minimum auf. Das Ozonloch ist dann noch immer vorhanden, der Sonnenstand ist aber höher als während des Ozon-Minimums.

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