Messflüge im arktischen Ozonloch

22.03.2010: Mit Messdaten von Flügen über der Arktis in bis zu 20 Kilometer Höhe erforscht ein internationales Wissenschaftlerteam den Ozonabbau in der polaren Stratosphäre. Die Atmosphärenforscher, zu denen auch Stephan Borrmann gehört, Professor am Institut für Physik der Atmosphäre der Johannes Gutenberg-Universität und einer der Direktoren am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie, wollen herausfinden, wie schnell die Prozesse ablaufen, die zu den winterlichen Ozonlöchern über den Polkappen führen. Außerdem sollen die Messungen mit dem Spezialflugzeug "M55 Geophysica" Aufschluss darüber geben, wie der Klimawandel die physikalischen und chemischen Prozesse im Zusammenhang mit der Ozonschicht verändert. Damit ließe sich auf die künftige Entwicklung der Ozonschicht unter den sich wandelnden Bedingungen schließen.

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) menschlichen Ursprungs gelangen durch sehr langsame Transportprozesse in die Stratosphäre. Dort setzt die starke ultraviolette Strahlung Chlor aus den FCKWs frei. Normalerweise wird das Chlor von Substanzen wie Salzsäuredampf und Chlornitrat gebunden, die für die Ozonschicht harmlos sind. Aber in polaren Stratosphärenwolken kann das Chlor aus den FCKWs ozonzerstörende, aggressive Chlormonoxidradikale (ClO) bilden.

Daher sind Messungen dieser Wolken essentiell für die Forschungen der Mainzer Wissenschaftler um Stephan Borrmann. Denn ohne diese ungewöhnlichen, natürlichen Wolken, die nur in der Stratosphäre auftreten und dies nur in der Kälte des polaren Winters der Arktis oder Antarktis, gäbe es keine Ozonlöcher.

"Zudem wirkt sich die Erwärmung der Atmosphäre auf Grund des Klimawandels direkt auf die physikalischen und chemischen Prozesse im Zusammenhang mit der Ozonschicht aus, so dass hier neue Forschungsarbeiten dringend nötig sind", erklärt Professor Borrmann. Die Wissenschaftler messen mit ihren am Flugzeug befestigten Instrumenten direkt die Eigenschaften der Partikel, aus denen polare Stratosphärenwolken bestehen. Es handelt sich dabei um etwa 3 bis 20 Mikrometer große gefrorene Teilchen aus Eis und Salpetersäure. Für die Berechnung des Ozonabbaus und dessen Geschwindigkeit ist wichtig, wie viele solcher Teilchen in diesen Wolken vorkommen und wie groß sie genau sind. Weitere Instrumente der Mainzer Gruppe ermitteln die Eigenschaften ultrafeiner, luftgetragener Aerosolpartikel, die ebenfalls in der Stratosphäre vorkommen und in die Prozesse eingreifen. Während der Messflüge, die Mitte Januar begannen und noch bis Mitte März laufen, konnte sogar meteoritischer Staub in der Stratosphäre nachgewiesen werden. Zudem gelang es, erhebliche Datenmengen direkt in den polaren Stratosphärenwolken zu messen. "Überraschend war, dass wir in den Polaren Stratosphärenwolken extrem große Teilchen nachweisen konnten. Diese hatten bis zu 30 Mikrometer Durchmesser und fallen auf Grund ihres Gewichts sehr schnell nach unten. Dadurch transportieren sie die in ihnen enthaltenen chemischen Substanzen aus der Stratosphäre irreversibel heraus und intensivieren damit den Ozonabbau", berichtet Stephan Borrmann.

M55 Geophysica, ehemals ein russisches Spionageflugzeug, ist eines von drei Flugzeugen weltweit, das Flüge in stratosphärische Höhen ermöglicht - und das mit Messgeräten und Instrumenten von rund einer Tonne Gewicht an Bord. Nur so können die Atmosphärenforscher noch fehlende Daten ermitteln, um dem Zusammenspiel von Ozonabbau und Klimawandel auf die Spur zu kommen.

An den Messaktionen, die von Kiruna in der nordschwedischen Arktis aus starten, sind Forscher aus neun Ländern beteiligt. Die Kampagne ist Teil des EU-Projekts "RECONCILE" (reconcilation of essential parameters for an enhanced predictability of arctic stratospheric ozone loss and its climate interactions), das Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich koordinieren.