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Die Entwicklung des Abbaus der Ozonschicht, ihre Auswirkungen auf Klimawandel, Gesundheit und Umwelt.

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Kontext - Nach der Umsetzung des FCKW-Verbots (Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe) hat sich die Ozonschicht langsam wieder erholt.

Wie ist der Zustand und welcher Zusammenhang besteht zwischen der Ozonschicht und dem Klimawandel?

Dies ist eine zuverlässige Synthese und Zusammenfassung mehrerer wissenschaftlichen Konsensberichts. Für die vollständige Liste der Quellen, Beziehen sich auf die Referenzen.

Neuestes Update: 27 April 2017

Einführung

In den 1970er Jahren wurde festgestellt, dass sich jedes Frühjahr insbesondere über der Antarktis ein „Loch“ in der stratosphärischen Ozonschicht bildet und dass einige von Menschen hergestellte Chemikalien, für die Zerstörung von Ozon verantwortlich waren. Die sehr niedrigen Wintertemperaturen in der antarktischen Stratosphäre führen zur Bildung polarer stratosphärischer Wolken, die zeitweilig verhindern, dass „frisches Ozon“, welches in der tropischen Region produziert wird, das zerstörte Ozon ersetzen kann. Der Abbau der Ozonschicht verändert die UV-Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht, was diverse Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit hat.

Im Jahr 1987 beschlossen die Regierungen der Welt mit dem Montrealer Protokoll, die Verwendung von Ozon abbauenden Stoffen (oder ODS) schrittweise zu verbieten, ein Verbot, das durch die zunehmende Verfügbarkeit von „ozonfreundlichen“ Ersatzstoffen ermöglicht wurde. Seitdem beginnt sich das saisonale Ozonloch langsam zurückzubilden.

Was ist stratosphärisches Ozon und wie wird es abgebaut?

Ozon ist ein spezifisches Molekül, das aus drei Sauerstoffatomen besteht. Im oberen Teil der Erdatmosphäre (Stratosphäre) ist es in kleinen Mengen vorhanden und bildet die sogenannte Ozonschicht. Diese Schicht absorbiert einen großen Teil der biologisch schädlichen UV-Strahlung der Sonne und ist daher für das menschliche Wohlbefinden und die Gesundheit des Ökosystems von entscheidender Bedeutung. Manche vom Menschen hergestellten Substanzen, die Chlor- oder Bromatome enthalten (z. B. Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe oder FCKW), sind sehr stabil und in der Atmosphäre lang genug enthalten, um die Stratosphäre und die Ozonschicht zu erreichen. Dort setzt ihr Abbau durch kosmische Strahlen aktive Chlor- oder Bromatome frei, die den Zerfall von Ozon in Sauerstoff verursachen.

Tatsächlich war die Tatsache, dass diese Substanzen sehr stabil sind und nicht durch Reaktion schädliche Auswirkungen haben, der Grund dafür, dass sie in erster Linie in Kälte- und Klimaanlagen, als Treibmittel für Isolierschäume oder als Treibstoffe in Spraydosen eingesetzt wurden

Wo liegen die Zusammenhänge zwischen Ozonabbau, ozonabbauenden Substanzen (ODS) und dem Klimawandel?

Ozonabbau selbst ist nicht die Hauptursache für den globalen Klimawandel. Ozon- und Klimaveränderungen stehen in einem direkten Zusammenhang, da Ozon die Sonnenstrahlung absorbiert und selbst auch ein Treibhausgas ist. Der Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre tragen zur Oberflächenabkühlung bei. Hingegen führen beobachtete Anstiege des troposphärischen Ozons (in Bodennähe) und anderer Treibhausgase zur Oberflächenerwärmung.

Die meisten Ozon abbauenden Stoffe (ODS) sind auch starke Treibhausgase. In einer Welt ohne das ODS-Verbot des Montrealer Protokolls (Verminderung des weltweiten Verbrauchs um 98% zwischen 1986 und 2015) wären die heutigen jährlichen ODS-Emissionen für den Klimawandel ebenso verantwortlich wie CO2 und 10-fach höher als ihr gegenwärtiger Wert1 ODS wurden zeitweilig, zunächst durch H-CFCs, dann durch HFCs (Fluorkohlenwasserstoffe) ersetzt. Diese Ersatzgase haben zwar keine ozonzerstörende Wirkung sind aber auch.

Treibhausgase, die meisten von ihnen allerdings in geringerem Maße als ODS. Ihre vorübergehende Verwendung als Ersatz für ODS stellt heute einen der wichtigsten Beiträge zur Reduktion der globalen Treibhausgas Emissionen dar, mehr noch als durch das Kyoto-Protokoll zum Klimaschutz erreicht wurde.

Diese erste Generation von Ersatzstoffen hat allerdings ein nicht zu vernachlässigendes Treibhausgaspotential, was auf lange Sicht den Klimaschutzeffekt wieder kompensieren könnte. Da diese Ersatzstoffe langfristig auch zum von Menschen verursachten Klimawandel beitragen könnten, wurde im Jahr 2016 in einer Änderung des Montrealer Protokolls2 beschlossen ihre Verwendung schrittweise einzustellen.

Andere Veränderungen im Klima, die mit dem Abbau der Ozonschicht verbunden sind, betreffen unter anderem Windmuster, Temperatur und Niederschlag über der südlichen Hemisphäre. Die intensiveren Winde führen im Südlichen Ozean zu einem erhöhten windgetriebenen Auftrieb von kohlenstoffreichem Tiefenwasser und einer geringeren Aufnahme von atmosphärischem CO2 durch den Südlichen Ozean. Dies vermindert sein Potenzial, als Kohlenstoffsenke zu wirken (geringere Kohlenstoffbindung).

1 The importance of the Montreal Protocol in protecting climate. G. J. M. Velders et al. Netherlands Environmental Assessment Agency; .S. EPA, Earth System Research Laboratory; National Oceanic and Atmospheric Administration, and DuPont Fluoroproducts. PNAS vol. 104 -12, 4814–4819, 2007.  http://www.pnas.org/content/104/12/4814.full.pdf
2  http://www.unep.fr/ozonaction/information/mmcfiles/7809-e-Factsheet_Kigali_Amendment_to_MP.pdf

Hat Ozonabbau erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit?

Übermäßige UV-B-Strahlung kann Sonnenbrand auslösen, aber auch zu Augenentzündungen und Katarakten führen, die Blindheit, Haut- und Augenkrebs zur Folge haben können. Allerdings erklärt der UNEP-Bericht die erhöhte UV-Belastung im Laufe der letzten Jahrzehnte eher durch ein verändertes Verhalten gegenüber der Sonne als durch die saisonale Verdünnung der Ozonschicht.

Das Auftreten dieser Krebserkrankungen ist seit den 1960er Jahren in hellhäutigen Bevölkerungsgruppen deutlich gestiegen, hat sich aber in den letzten Jahren in mehreren Ländern bei jüngeren Altersgruppen stabilisiert, vermutlich aufgrund wirksamer Kampagnen im Gesundheitswesen. In vielen Ländern könnte die Sterblichkeit auch ihren Höhepunkt erreicht haben.

Mittlerweile ist es wichtig, die positive Rolle der Sonnen-UV-Strahlung bei der Synthese von Vitamin D hervorzuheben. Dieses ist notwendig für die Aufrechterhaltung der Kalziumkonzentration im Blut, welche einen starken Knochenbau gewährleistet. Vitamin D Mangel könnte auch das Risiko einer Reihe von Krankheiten wie Krebs, Autoimmunerkrankungen und Infektionen erhöhen. Es ist daher wichtig, die positive Rolle von UV-Licht mit den verbundenen Risiken abzuwägen.

Was sind die Auswirkungen von Veränderungen der Ozonschicht und der UV-B-Strahlung auf Ökosysteme?

Die Pflanzenproduktivität wird aufgrund der erhöhten UV-Strahlung wahrscheinlich leicht zurückgehen und UV-B-Strahlung kann die Wechselwirkungen zwischen Pflanzenwurzeln, Mikroben, Bodentieren und benachbarten Pflanzen beeinträchtigen, mit möglichen negativen Folgen für Bodenfruchtbarkeit, Kohlenstoffaufnahme, Pflanzenproduktivität und Artenvielfalt.

Im Gegensatz dazu kann UV-B-Exposition von landwirtschaftlichen und gartenbaulichen Produkten die Pflanzenhärte verstärken, ihre Beständigkeit gegenüber Pflanzenfressern und Krankheitserregern steigern, ihre Qualität verbessern sowie die Erträge erhöhen oder verringern. UV-Strahlung von Polyphenolika kann auch die Ernährungsqualität von Pflanzenprodukten und Pflanzenverträglichkeit gegenüber Stressbedingungen erhöhen.

UV-Strahlung spielt auch eine wesentliche Rolle bei der Bildung von fotochemischem Smog, der vorwiegend aus bodennahem Ozon, Schwebstoffteilchen und Aerosolen besteht. Umgekehrt kann die UV-Strahlung aber auch bei der Zerstörung von Aerosolpartikeln eine Rolle spielen.

Die Zunahme der Häufigkeit und des Ausmaßes von Waldbränden wegen des Klimawandel verschmutzen zudem die Luft mit schwarzen Kohlenstoff und organischen Kohlenstoff-Rauchpartikeln und Aerosolen, was erhebliche Auswirkungen auf die UV-Strahlung der Erdoberfläche haben kann.

In aquatischen Ökosystemen wirkt sich UV-Strahlung auf die Verteilung und Zusammensetzung der Arten aus und steht in Wechselwirkung, mit der Tatsache, dass Ozeane wärmer und saurer sind.

References:
1. Umweltauswirkungen des Ozonabbaus und sein Wechselwirkung mit dem Klimawandel: Bewertung 2014
 http://ozone.unep.org/Assessment_Panels/EEAP/eeap_report_2014.pdf
Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) - Ozon-Sekretariat für das Wiener Übereinkommen zum Schutz der Ozonschicht und das Montrealer Protokoll über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen
2. Umweltauswirkungen des Ozonabbaus und seine Wechselwirkungen mit dem Klimawandel - Fortschrittsbericht 2015
http://capacity4dev.ec.europa.eu/unep/document/2015-progress-report-environmental-effects-ozone-depletion-and-its-interactions-climate-cha 
Umweltprogramm der Vereinten Nationen - Ausschuss zur Bewertung von Umweltauswirkungen (Environmental Effects Assessment Panel)
Der vorliegende Fortschrittsbericht für 2015 ist ein kurzer Bericht. Eine vollständige vierjährige Bewertung, detaillierter in Bezug auf technische Informationen, wird im Jahr 2018 zur Verfügung gestellt werden.
3. Zwanzig Fragen und Antworten über die Ozonschicht: Aktualisierung 2014
 https://www.esrl.noaa.gov/csd/assessments/ozone/2014/twentyquestions2014update.pdf
Ein Bestandteil des Berichts 2014 des Montreal Protocol Scientific Assessment Panel, Scientific Assessment of Ozone Depletion.
World Meteorological Organization, Umweltprogramm der Vereinten Nationen, National Oceanic and Atmospheric Administration, National Aeronautics and Space Administration, Europäische Kommission

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