Wie sich Waldbrände auf die Ozonschicht der Erde auswirken

Von Markus Brauer

Forscher aus Deutschland, China und den USA haben einen Zusammenhang zwischen großen Waldbränden und der Chemie der Ozonschicht aufgedeckt. Er zeigt, wie verletzlich Gleichgewicht der Atmosphäre der Erde in Wahrheit ist.

Die Studie im im Fachjournal „Science Advances“ erschienen.

Smoke-charged vortex doubles hemispheric aerosol in the middle stratosphere and buffers ozone depletion Science Advanceshttps://t.co/gl4FpZYuQQ — Ordo Fraterna Fibonacci (@OrdoFibonacci) July 12, 2024

Aerosole und Ozon in der Stratosphäre

Das farblose und giftige Gas Ozon ist eines der wichtigsten Spurengase in der Atmosphäre. Die in einer Höhe von 20 bis 30 Kilometern in der Stratosphäre bestehende natürliche Ozonschicht schützt die Erde vor der schädlichen Ultraviolettstrahlung der Sonne.

Als Stratosphäre wird das „zweite Stockwerk“ der Erdatmosphäre bezeichnet. Es erstreckt sich im Anschluss an die Tropopause in 12 Kilometer Höhe bis in eine Höhe von 50 Kilometer.

 

 

Mithilfe von Satellitendaten und Computermodellen konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass ein riesiger, mit Rauch beladener Wirbel die Aerosolbelastung in der mittleren Stratosphäre über der Südhalbkugel der Erde nahezu verdoppelt und den Ozonabbau puffert.

Aerosole sind eine Mischung aus einem Gas und einer fein verteilten Flüssigkeit oder einem fein verteilten Feststoff wie Staub . Beispiele für Aerosole sind Dampf, Rauch und Nebel.

Dramatischer Anstieg von Partikeln in der Ozonschicht

Die Ozonschicht, die das Leben auf der Erde vor schädlicher UV-Strahlung bewahrt, regeneriert sich dank des Montrealer Protokolls aus dem Jahr 1987. Mit diesem internationalen Vertrag wurde die Produktion zahlreicher Stoffe, welche die Ozonschicht schädigen, schrittweise eingestellt.

 

 

Die Stabilität dieser lebenswichtigen Schicht der Atmosphäre steht nun allerdings vor einer neuen Herausforderung. Während der australischen Waldbrände 2019/2020 stellten Forscher einen dramatischen Anstieg stratosphärischer Aerosole fest. Dabei handelt es sich um winzige Partikel, die nicht nur die Gesundheit und das Klima, sondern auch die Chemie der Atmosphäre und somit auch die Ozonschicht beeinflussen.

Rauchwirbel transportiert Aerosolpartikel bis zu 35 Kilometer hoch

Ein Forscherteam des Max-Planck-Instituts für Chemie sowie chinesische und amerikanische Wissenschaftler entdeckte nun mit Hilfe von aktuellen Satellitendaten und atmosphärischen Modellen, dass bei großen Buschbränden ein riesiger Rauchwirbel in der Stratosphäre entstehen kann.

 

 

„Ein gigantischer Wirbel transportiert Rauch aus Waldbränden in die mittlere Stratosphäre und erreicht dabei Höhen von bis zu 35 Kilometern“, erklärt Hang Su vom Institut für Physik der Atmosphäre an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Dieser Prozess hätte zur Verdoppelung der Aerosolbelastung in der mittleren Stratosphäre der Südhalbkugel geführt. „Sobald die Aerosole diese großen Höhen erreichten, setzten sie eine Reihe von chemischen Reaktionen in Gang, die sich auf die Ozonkonzentration auswirkten.“

Komplexes Zusammenspiel von Abbau und Anstieg des Ozons

Hang Su und seinen Kollegen fanden zudem heraus, dass diese Reaktionen gegensätzlich wirken: Paradoxerweise führten sie in verschiedenen atmosphärischen Schichten sowohl zu einem Ozonabbau als auch zu einem Anstieg der Ozonkonzentration.

 

 

Während in der unteren Stratosphäre ein signifikanter Ozonabbau zu beobachten war, stellten die Forscher fest, dass die Zunahme von Rauch-Aerosolpartikeln in der mittleren Stratosphäre die Aufnahme von Stickstoffverbindungen fördert. Das führt zu einem Rückgang reaktiver Stickstoffgase und schließlich zu einem Anstieg der Ozonkonzentration.

In den mittleren Breiten der Südhalbkugel führte dieses komplexe chemische Zusammenspiel jedoch dazu, dass etwa 40 bis zu 70 Prozent des in der unteren Stratosphäre beobachteten Ozonabbaus in den Monaten nach den riesigen Buschfeuern abgepuffert wurde.

Stratosphärische Zirkulation grundlegend verändert

„Unsere Studie enthüllt einen unerwarteten, aber bedeutenden Mechanismus. Aerosole im Rauch von Waldbränden – wie Ruß – können, da sie Licht- und Wärmeenergie absorbieren, gewaltige Rauchwirbel erzeugen und aufrechterhalten, die sich über tausende Kilometer erstrecken und monatelang bestehen bleiben können.

Sie verändern die stratosphärische Zirkulation grundlegend“, erläutert Yafang Cheng vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz. „Angesichts des fortschreitenden Klimawandels ist es wichtig, dass wir diesen Mechanismus im Auge behalten und genau erforschen.“

Klimawandel könnte Effekt der Rauchwirbel verstärken

Die Forscher erwarten, dass durch immer häufigere und mächtigere Waldbrände infolge des globalen Klimawandels die Rauchwirbel und deren Auswirkungen auf die Stratosphäre zu einem häufigen Phänomen werden und so das empfindliche Gleichgewicht der Ozonschicht weiter gefährden könnten.

„Für mich ist die Studie bedeutsam, weil sie einmal mehr zeigt, wie eng verschiedene Teile des Erdsystems miteinander verbunden sind. Der Rauch eines Waldbrandes kann die Zirkulation in Dutzenden von Kilometern über der Erde und die Ozonschicht massiv verändern, wodurch er das Leben auf unserem Planeten beeinflussen kann“, erklärt Chaoqun Ma, Erstautor der Studie am Mainzer Max-Planck-Institut.