Der Teufel steckt wie so oft im Detail. Beim Ozonloch in der Erdatmosphäre. Sie ist aus verschiedenen Schichten aufgebaut. In der sogenannten Stratosphäre, in 15 bis 50 Kilometern Höhe, liegt die Ozonschicht. Sie ist für uns lebenswichtig, weil sie uns vor schädigender Sonnenstrahlung schützt. Wird die Ozonschicht vollständig zerstört, hätte dies verheerende Auswirkungen auf die Umwelt und auch drastische gesundheitliche Folgen: Beispielsweise könnten sich die Fälle von Hautkrebs häufen. Es gibt jedoch Substanzen, die die Ozonschicht dünner werden lassen.

In den 1980er-Jahren war ein besonders rasanter Schwund bemerkt worden, über der Antarktis tat sich jedes Jahr ein riesiges Ozonloch auf. 1987 wurde deshalb von allen Mitgliedern der Vereinten Nationen ein internationales Abkommen zum Schutz der Ozonschicht ratifiziert: Im Montrealer Protokoll wurde beschlossen, ozonschädliche Substanzen weltweit zu verbannen. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zum Beispiel sind inzwischen in vielen Anwendungsbereichen verboten.

Ozonloch schließt sich: Erholt sich die Ozonschicht?

2016 zeigte eine Studie vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA, dass sich das Ozonloch über der Antarktis seit dem Jahr 2000 langsam verkleinerte und die Ozonschicht wieder dicker wurde: In diesen Jahren stieg die Konzentration von Ozon in der ersten Septemberhälfte, wenn das Ozonloch normalerweise am größten und die Ozon-Konzentration somit am niedrigsten ist, alljährlich wieder um 2,5 Dobson. Umgerechnet auf die Fläche entsprach das 2016 einem um vier Millionen Quadratkilometer kleineren Ozonloch als im Jahr 2000. Die Experten schätzten, dass sich die Ozonschicht bis Mitte des Jahrhunderts vollständig erholt haben könnte, sogar von "Heilung" war in der Studie die Rede. Auch die Weltwetterorganisation und das UN-Programm UNEP gaben 2023 bekannt, dass sich bis 2045 das Ozonloch über der Arktis und rund 20 Jahre später auch das über der Antarktis erholen könnten, wenn die Bemühungen anhalten. Gleichzeitig warnten die Forscher vor dem negativen Einfluss von Geoengineering-Methoden, die den Klimawandel künstlich stoppen sollen, auf die Ozonschicht.

Ausreißer oder Trendwende: Ozonloch erreicht wieder Rekordwerte

Ozonschicht über der Antarktis am 2. Oktober 2015.

Ganz so stetig ist der Prozess allerdings nicht. Das Ozonloch erreichte im Jahr 2000 und im Jahr 2015 eine Rekord-Größe. Im Oktober 2015 klaffte ein 26 Millionen Quadratkilometer großes Loch über der Antarktis. Es war damit fast so groß wie im Rekord-Jahr 2000. Als Ursache vermuteten Forscher einerseits den Ausbruch des Vulkans Calbuco in Chile: Bei Vulkanausbrüchen wird Schwefeldioxid frei, das ebenfalls Ozon abbaut. Das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) ging dagegen davon aus, dass veränderte Luftströmungen in der oberen Atmosphäre mit einer extremen Abkühlung der Stratosphäre zu dem ungewöhnlich großen Ozonloch geführt hatten.

Wo das Ozonloch wann auftaucht

Ozonloch in der Antarktis

FCKW und andere ozonschädliche Gase zerstören die Ozonschicht rings um die gesamte Erde. Doch nur um den Südpol und selten auch um den Nordpol sinken die Ozonwerte derart, dass man von einem Ozonloch spricht. Im antarktischen Winter von März bis September bilden sich über der Antarktis sehr kalte, stabile Luftströmungen. Der sogenannte Polarwirbel isoliert die Antarktis, es findet keine Durchmischung der Atmosphäre mehr statt. Schadstoffe reichern sich an und frieren in der extrem kalten Polarnacht buchstäblich in der Stratosphäre fest.

Erwärmt dann mit dem Frühlingsbeginn - auf der Südhalbkugel im September - die wieder über dem Südpol aufgehende Sonne diese Luftschichten, wird das FCKW schlagartig frei und zersetzt lawinenartig das Ozon. Innerhalb weniger Wochen sinken die Ozonwerte um die Hälfte und mehr, bis das Ozonloch Ende September, Anfang Oktober seine größte Ausdehnung erreicht. Ab November verschwindet es dann langsam wieder, da die Sonneneinstrahlung neues Ozon entstehen lässt und wärmere, ozonreiche Luftmassen wieder zur Antarktis gelangen.

• zum Video Wie entsteht das Ozonloch? [ARD alpha]
• <!-- --> Ozonschicht und Ozonloch [lfu.bayern.de]

Erstmals Ozonloch in der Arktis

Eine polare stratosphärische Wolke über Kiruna, auch Perlmuttwolke genannt

Auch am Nordpol wird im Frühjahr vermehrt Ozon abgebaut. Doch ein Ozonloch tritt nur sehr selten auf, da die Luftmassen auch im arktischen Winter weder so kalt noch so stabil sind wie am Südpol. Schwere Ozonverluste gibt es hier nur nach Zeiten mit besonders tiefen Temperaturen, wie zum Beispiel nach dem kalten stratosphärischen Winter 2010/2011. Im Februar/März 2020 herrschte ein extrem kaltes und stabiles Tiefdruckgebiet mit besonders starken Polarwinden, sodass im März 2020 erstmals ein länger anhaltendes Ozonloch über dem Nordpol beobachtet werden konnte.

• <!-- --> Erstmals Ozonloch über dem Nordpol [Text - br24.de]

Verschiedene Ursachen: Größe des Ozonlochs schwankt

Die Jahre danach brachten ein Aufatmen: Das Ozonloch über der Antarktis war 2016 und 2017 wieder deutlich geschrumpft. Insgesamt wirkte die Entwicklung positiv, die Verringerung des Ozonlochs wurde schon als Erfolgsgeschichte gefeiert. Doch allmählich ist unklar, was der Trend und was der Ausreißer ist: Im antarktischen Winter 2018 und 2020 erreichte das Ozonloch erneut Rekordgrößen. Ursache war vermutlich ein außergewöhnlich starker und stabiler Polarwirbel. Auch 2021 ist das Ozonloch ungewöhnlich groß, wie das Erdbeobachtungsprogramm der Europäischen Union Copernicus bekanntgab. Auf dem Extremwetterkongress 2021 des Deutschen Wetterdienstes wurde zudem auf eine weitere Ursache hingewiesen: Fabriken in China halten sich teilweise nicht an das Montrealer Abkommen zum Verbot von Produkten mit FCKW.

2023 zeigten Messungen des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus außerdem, dass die Konzentration von fünf FCKW in der Atmosphäre seit 2010 zunimmt. Auch dieser Anstieg hat seinen Ursprung vermutlich in Asien. Ein relativ kleines Ozonloch im antarktischen Winter 2019 wird dagegen von einigen Wissenschaftlern als wetterbedingter Ausreißer gesehen. Eines ist auf jeden Fall deutlich: Der Patient Ozonloch ist noch längst nicht über den Berg!

Nicht nur an den Polen sind Veränderungen in der Ozonschicht beobachtet worden. Bereits 2018 entdeckte ein internationales Team unter Leitung von Forschern der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) gegenläufige Entwicklungen der Ozonschicht in mittleren Breiten. Die Forscher stellten fest, dass in tieferen Schichten der Stratosphäre die Ozonschicht zwischen dem 60. Breitengrad Süd und dem 60. Breitengrad Nord dünner wird, also in den dicht besiedelten mittleren Breiten - in denen auch Deutschland liegt - und in den Tropen.

Klimawandel fördert das Wachstum des Ozonlochs

Ursache dafür könnte der Klimawandel sein. Bei ungebremst fortschreitender globaler Erwärmung könnte die eigentlich erwartete Erholung der Ozonschicht über der Arktis ausbleiben. Darauf weisen Ergebnisse der MOSAiC-Polarexpedition hin. Diese flossen in eine Studie von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven ein, die im Juni 2021 im Wissenschaftsmagazin Nature Communications veröffentlicht wurde.

Demnach gab es im Frühjahr 2020 einen Rekordverlust von Ozon in der arktischen Stratosphäre. Die Annahme, dass sich die Ozonschicht regenerieren und das Ozonloch sich sogar wieder schließen könne, sei demnach wohl ein Fehlschluss. Die Ozonschicht-Dicke sei um mehr als die Hälfte reduziert worden, obwohl die Konzentration ozonzerstörender Substanzen seit der Jahrtausendwende sinke. "Eine umfassende Analyse hat nun ergeben, dass dies auch das Resultat von Klimaveränderungen war", erklärte Expeditionsleiter Markus Rex. Denn der Treibhauseffekt des Klimawandels verändert die atmosphärische Zirkulation: Die Luft aus den Tropen wird schneller und tiefer polwärts transportiert, wodurch weniger Ozon produziert wird.

Ozonloch: Chemikalien schädigen die Ozonschicht

Eine zweite mögliche Ursache könnten sogenannte VSLS ("Very Short-Lived Substances") sein. Das sind sehr kurzlebige chlor- und bromhaltige Chemikalien wie beispielsweise Dichlormethan. Sie entstehen auf natürliche Weise und in der Großindustrie. Einige sind Ersatzstoffe für FCKW und weniger ozonschädlich, aber nicht neutral.

Die VSLS-Konzentration nimmt zu und könnte vermehrt in die untere Stratosphäre gelangen, zum Beispiel durch starke Gewitterstürme. Welche Folgen der Ozonschwund in der unteren Stratosphäre hat, ist unklar. Die neuen Erkenntnisse seien besorgniserregend, aber nicht alarmierend, sagt Thomas Peter, Professor für Atmosphärenchemie an der ETH Zürich und Mitautor der Studie. Man müsse die Entwicklung im Auge behalten und weiter erforschen.

Mehr Ozon am Boden ist auch keine Lösung

Ironischerweise werden wir allerdings weiterhin geschützt vor schädlicher UV-Strahlung, denn die Gesamtdichte an Ozon hat sich kaum verändert: Emissionen in Bodennähe, also eigentlich gesundheitsschädliche hohe Ozonwerte, gleichen den Verlust in niedrigen Stratosphären-Schichten nach Ansicht der Forscher aus. Eine Lösung ist das nicht: Ozon ist ein Luftschadstoff, der den sogenannten Sommersmog bei Hitze in der Stadt verursacht, die Schleimhäute reizen und Atemwegserkrankungen hervorrufen kann.

Die Rettung der Ozonschicht ist noch nicht zu Ende

Wenn kurzlebige Chemikalien tatsächlich die Ozonschicht anknabbern, müssten sie in die Regelungen des Montreal-Protokolls aufgenommen werden. Wenn der Klimawandel der Ozonschicht mehr schadet als bisher angenommen, wird es schwieriger.

Sendungen: Mehr über die Ozonschicht und das Ozonloch