Arktisches Ozon wird 2024 aufgrund einer seltenen Serie von weltweiten Wellen Rekordwerte erreichen

Aufgrund großräumiger Wettersysteme, die die obere Atmosphäre im Winter 2023-2024 störten, wurde in der Stratosphäre über der Arktis die größte jemals von Satelliten erfasste Ozonmenge gemessen.

Ein Team von Wissenschaftlern der NASA und der Universität Leeds veröffentlichte seine Ergebnisse im September 2024 in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters: "Angesichts der Tatsache, dass es seit den 1970er Jahren keine erhöhten Ozonwerte in der Arktis mehr gab", schrieben die Autoren, "sollte der Rekord vom März 2024 als positives Vorzeichen für künftige Ozonwerte in der Arktis angesehen werden."

Gründe für den Anstieg des arktischen Ozons auf hohe Werte

Zwischen Dezember 2023 und März 2024 breitete sich eine Reihe von Wellen von planetarischem Ausmaß in der Atmosphäre nach oben aus und verlangsamte den stratosphärischen Jetstream, der um die Arktis kreist. In diesem Fall strömt die Luft in den mittleren Breiten am Pol zusammen und schickt Ozon in die arktische Stratosphäre.

Zusätzlich zu dem Zustrom von Ozon gab es nur eine geringe Verringerung des typischen Ozonabbaus durch Substanzen wie Chlor, sagte Paul Newman, leitender Wissenschaftler für Erdwissenschaften am Goddard Space Flight Center der NASA und Hauptautor der Studie. "Es war ein sehr dynamischer und aktiver Winter in der nördlichen Hemisphäre", sagte er.

Die stratosphärische Ozonschicht ist ein natürlicher Sonnenschutz, der schädliche ultraviolette Strahlung (UV) absorbiert. Die Autoren berechneten, dass der UV-Index zwischen April und Juli 2024 in der Arktis um 6 bis 7 Prozent und in den mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre um 2 bis 6 Prozent niedriger war. Weniger UV-Strahlung bedeutet weniger Schäden an der Pflanzen-DNA und ein geringeres Risiko für Katarakte, Hautkrebs und ein geschwächtes Immunsystem bei Mensch und Tier.

Die Aktivität im März 2024 steht in krassem Gegensatz zu der im März 2020, als die Ozonkonzentration in der Stratosphäre extrem niedrig war. Ohne die Unterbrechung durch Wellenereignisse in der oberen Atmosphäre verhinderten stetige zirkumpolare Winde, dass Ozon aus anderen Breitengraden die arktische Stratosphäre auffüllte. Der stabile Polarwirbel hat auch überdurchschnittlich kalte Bedingungen geschaffen, die das Auftreten von ozonabbauenden Reaktionen begünstigen.

Die obigen Karten zeigen die Ozonkonzentrationen über der Arktis im März 2020 (links) und im März 2024 (rechts) und veranschaulichen die dort möglichen großen Schwankungen. Die monatlichen Durchschnittswerte wurden vom Ozone Watch Team der NASA berechnet und basieren auf Daten, die von der OMPS (Ozone Mapping Profiler Suite) auf dem Suomi-NPP-Satelliten der NASA und NOAA erfasst wurden.

Anders als in der Antarktis, wo sich jedes Jahr Ozonlöcher bilden, sind die Ozonkonzentrationen in der Arktis sehr variabel und unterliegen den "jährlichen Schwankungen" des troposphärischen und stratosphärischen Klimas, so Newman.

Starke Wellenereignisse Ende Dezember 2023 und Anfang März 2024 verursachten den in der obigen Grafik sichtbaren Anstieg der Ozonkonzentration. Die Ozonwerte erreichten wie üblich im März ihren Höchststand und blieben dann weit über dem Durchschnitt. Mai, Juni, Juli und August stellten ebenfalls neue Rekorde für die durchschnittlichen monatlichen Ozonkonzentrationen auf. "Dies ist wirklich eine außergewöhnliche Sommerperiode im Norden", sagte Newman.

Was die Ursachen des ungewöhnlichen Stratosphärenklimas angeht, haben die Autoren eine Reihe von Faktoren untersucht, ohne eine klare Antwort zu finden. Die Auswirkungen des Klimawandels sind zum Beispiel schwer zu quantifizieren. "Es könnte ein Klimafaktor vorhanden sein, aber er ist nicht offensichtlich", sagte Newman. Was allgemeinere atmosphärische Muster wie El Niño und die fast zweijährige Oszillation betrifft: "Vielleicht, aber der Beitrag ist relativ gering.

Neben dem stratosphärischen Klima, das die Ozonwerte in der Arktis am stärksten beeinflusst, sind die Autoren der Ansicht, dass langfristige Trends die Ozonkonzentrationen wahrscheinlich auf historische Höchstwerte ansteigen ließen. Seit das Montrealer Protokoll 1987 die Produktion von ozonschädigenden Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und Halonen eingestellt hat, haben sich die Ozonwerte langsam erholt. Daher lagen die hohen Werte vom März 2024 im Rahmen der Erwartungen der Autoren: Das Chemie-Klima-Modell von Goddard, GEOSCCM, zeigte eine Wahrscheinlichkeit von 1 zu 8 für ein Allzeithoch im Jahr 2025, und für die Zukunft werden weitere Rekorde erwartet.

Da FCKW jedoch jahrzehntelang in der Atmosphäre verbleiben, wird das durchschnittliche arktische Ozon voraussichtlich erst um das Jahr 2045 wieder das Niveau von 1980 erreichen, so die Forscher.

Steigende Konzentrationen von Treibhausgasen in der Stratosphäre beschleunigen auch die Erholung des Ozons. "Dieser Rekord ist wahrscheinlich das Ergebnis des Rückgangs der ozonabbauenden Stoffe und des Anstiegs der Treibhausgase. Sonst wäre es einfach ein gutes Jahr gewesen und kein Rekordjahr", sagte Newman. "Ich betrachte dieses Jahr als Vorbote der Zukunft."

Bilder vom Machala Garrison Earth Observatory der NASA, Daten mit freundlicher Genehmigung von NASA Ozone Watch. Geschichte von Lindsey Doermann.