Die stratosphärische Ozonschicht bietet der Erde einen wirkungsvollen Schutzschild gegen den ultravioletten, schädigenden Anteil der solaren Strahlung. Der anthropogene Ozonabbau, verursacht durch Emissionen von langlebigen Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKWs), war eines der größten Umweltprobleme der letzten Jahrzehnte. Emissionen von FCKWs wurden infolge des Montrealer Abkommens von 1987 stark reduziert und eine langsame Erholung der Ozonschicht wird im Laufe der nächsten Jahrzehnte erwartet. Im Gegensatz dazu werden die Emissionen von sehr kurzlebigen Halogenverbindungen (Very Short-Lived Halocarbons, VSLH), welche auch stratosphärisches Ozon zerstören, aufgrund von neuen Technologien ansteigen. Chemische Oxidationsprozesse in der marinen Umwelt, insbesondere die neuartigen Behandlungsverfahren von Ballastwasser, und anwachsende tropische Makroalgenkulturen beeinflussen biogeochemische Kreisläufe und können zu einem starken Anstieg der VSLH Produktion und Emission führen. Zusätzlich zu ihrem schädlichen Effekt auf die Ozonschicht, beeinflussen VSLH den atmosphärischen Strahlungsantrieb und das Vermögen der Atmosphäre viele natürliche und anthropogene Spurenstoffe zu entfernen (atmosphärische Oxidationspotential). Momentan ist nur sehr wenig über die zukünftig zu erwartenden anthropogenen VSLH Emissionen aus dem Ozean sowie ihre bedrohliche Wirkung auf die atmosphärische Chemie bekannt und fundierte wissenschaftliche Untersuchungen sind dringend erforderlich. Das Ziel dieses Antrages ist es, momentane und zukünftige Emissionen anthropogener VSLH und ihren Einfluss auf atmosphärische Zusammensetzung und Chemie zu quantifizieren. Ein besonderer Fokus liegt auf der Untersuchung einer möglichen neuen Bedrohung der stratosphärischen Ozonschicht. In einem ersten Schritt werden globale Karten der ozeanischen Emissionen von anthropogenen VSLH erstellt. Im zweiten Schritt wird, basierend auf atmosphärischer Chemie-Transport Modellierung, die Entwicklung der anthropogenen VSLH in der Atmosphäre quantifiziert. Zu diesem Zweck werden Küsten-auflösende Modellsysteme entwickelt, welche später dazu beitragen Parametrisierungen anthropogener VSLH Prozesse für globale Klima-Chemie Modelle zu erstellen. In einem dritten Schritt wird der globale Einfluss der anthropogenen VSLH auf Ozonabbau, Strahlungsantrieb und atmosphärisches Oxidationspotential bestimmt und mögliche Rückkopplungsmechanismen werden identifiziert. Der interdisziplinäre Forschungsplan umfasst die Synthese existierender Daten, Messungen, sowie Ozean-Zirkulation-, Biogeochemie- und atmosphärische Klima-Chemie Modellierung. Das Forschungsvorhaben wird die Frage beantworten, ob anthropogene Aktivitäten in der marinen Umwelt eine Bedrohung für die stratosphärische Ozonschicht darstellen. Solch eine Risikoabschätzung ist von großer gesellschaftlicher Bedeutung und liefert entscheidende Information für politische Entscheidungsträger bezüglich der Planung zukünftiger menschlicher Aktivitäten.
Vulkanische Gasemissionen sind bedeutsam für die lokale sowie globale Atmosphärenchemie. Die Entdeckung der Halogenchemie in Vulkanfahnen brachte neue Erkenntnisse über die Dynamik von Vulkanen und gibt möglicherweise Aufschluss über deren Eruptionspotential. Mehrere Feldmessungen führten zu großen Erfolgen in der Erforschung von reaktiven Halogenspezies (z. B. BrO, OClO, ClO). Jedoch ergaben sich auch viele Unklarheiten über die zugrundeliegenden Mechanismen und Umweltparameter wie Spurengas- und Aerosolzusammensetzung der Vulkanfahne, relative Feuchte oder der Bedeutung von potentieller NOX Emission. Der Einfluss sowie die Bedeutung dieser Parameter bezüglich der Halogenaktivierung (Umwandlung von Halogeniden in reaktive Halogenspezies (RHS)) ist essentiell für die Interpretation der Messdaten, um, z.B. (1) Rückschlüsse über die magmatischen Prozesse zu ziehen und Vorhersagen über Eruptionen mithilfe des Verhältnisses BrO zu SO2 zu machen, oder (2) den Einfluss auf die Zerstörung von Ozon, die Oxidation von Quecksilber oder die Verringerung der Lebensdauer von Methan in der Atmosphäre zu quantifizieren. Dieses Projekt soll dazu dienen, anhand eines vereinfachten Modells einer Vulkanfahne (SiO2 und Schwefelaerosole, H2O, CO2, SO2, HCl, HBr) unter kontrollierten Bedingungen die vulkanische Halogenchemie besser zu verstehen. Dazu soll in einer aus Teflon bestehenden Atmosphärensimulationskammer an der Universität Bayreuth Messungen durchgeführt werden. Die zur Messung der kritischen Parameter benötigten Instrumente können leicht in das Kammersystem integriert werden. RHS (BrO, ClO, OClO) werden mittels eines White Systems (Multi-Reflektionszelle) und Cavity Enhanced-DOAS nachgewiesen. Zum Nachweis anderer Halogenspezies (Br2, Cl2, HOBr und BrCl) wird FAPA-MS (Flowing Atmospheric-Pressure Afterglow Mass Spectrometry) verwendet. SO2, CO2, NOX und O3 werden mittels standardisierter Gasanalysatoren gemessen. Die Analyse der Zusammensetzung von Aerosolen insbesondere deren aufgenommene Menge an Halogenen wird durch Filterproben sowie Ionenchromatographie und SEM-EDX (Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive X-ray Detector) gewährleistet. Die Kombination der verschiedenen Messtechniken ermöglicht die Erforschung von bisher schlecht Verstandenen heterogenen Reaktionen, welche höchstwahrscheinlich die Halogenaktivierung beeinflussen. Insbesondere die Einflüsse von (1) NOX und O3, (2) Ausgangsverhältnis HCl zu HBr, (3) relative Feuchte sowie (4) die Zusammensetzung der Vulkanaschepartikel (in Hinblick auf komplexere, reale Vulkanasche) auf die RHS Chemie, insbesondere des Mechanismus der sog. 'Brom-Explosion', werden innerhalb des vorgeschlagenen Projektes untersucht. Die Messergebnisse werden, gestützt durch das Chemie Box Modell CAABA/MECCA, in einem größeren Kontext interpretiert und werden helfen die natürlichen Vulkanprozesse besser zu verstehen.
Die stratosphärische Ozonschicht absorbiert die UV-C und UV-B Sonnenstrahlung und schützt damit Pflanzen, Tiere und Menschen vor Strahlenschäden. Durch anthropogen emittierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) wird die Ozonschicht abgebaut. Da FCKWs seit dem Montrealer Protokoll stark zurückgegangen sind, werden halogenierte Verbindungen wie Chlormethan (CH3Cl), die aus natürlichen Quellen freigesetzt werden, für den Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre zunehmend relevant. CH3Cl ist das am häufigsten vorkommende chlorhaltige Spurengas in der Erdatmosphäre, das für etwa 17% der durch Chlor katalysierten Ozonzerstörung in der Stratosphäre verantwortlich ist. Daher wird CH3Cl vornehmlich die zukünftigen Gehalte an stratosphärischem Chlor bestimmen. Die aktuellen Schätzungen des globalen CH3Cl-Budgets und die Verteilung der Quellen und Senken sind sehr unsicher. Ein besseres Verständnis des atmosphärischen CH3Cl-Budgets ist daher das Hauptziel dieses Projektes.Die Analyse stabiler Isotopenverhältnisse von Wasserstoff (H), Kohlenstoff (C) und Chlor (Cl) hat sich zu einem wichtigen Werkzeug zur Untersuchung des atmosphärischen CH3Cl-Budgets entwickelt. Das zugrundeliegende Konzept besteht darin, dass das atmosphärische Isotopenverhältnis einer Verbindung wie CH3Cl gleich der Summe der Isotopenflüsse aus allen Quellen angesehen werden kann, korrigiert um den gewichteten durchschnittlichen kinetischen Isotopeneffekt aller Abbauprozesse. Dadurch ist es möglich, die Bedeutung wichtiger Quellen und Senken mit bekannten Isotopensignaturen zu entschlüsseln. Eine Grundvoraussetzung für detaillierte Hochrechnungen des globalen Budgets ist die Bestimmung der durchschnittlichen Isotopenverhältnisse von H, C und Cl des troposphärischen CH3Cl. Aufgrund der relativ geringen Konzentration von atmosphärischem CH3Cl von ~550 ppbv stellt dies eine große messtechnische Herausforderung dar. Daher liegt der Schwerpunkt dieses Antrags auf der erfolgreichen Entwicklung von Dreifachelement-Isotopenmethoden zur genauen Messung von atmosphärischem CH3Cl.Im ersten Schritt wird ein Probenahmesystem für große Luftmengen konstruiert und für die Messungen der stabilen Isotopenverhältnisse von CH3Cl optimiert. Das Probenahmegerät wird zunächst im Labor getestet und dann zum Sammeln von Luftproben an drei verschiedenen Orten eingesetzt: an der Universität Heidelberg, am Hohenpeißenberg und im Schneefernerhaus. Die Probenahmen werden über einen Zeitraum von einem Jahr durchgeführt, um möglichst auch saisonale Schwankungen zu erfassen. Die Isotopenverhältnisse der Proben werden mit modernsten massenspektrometrischen Methoden im Labor gemessen. Die Ergebnisse aller Standorte und Zeitpunkte werden in der Gesamtheit evaluiert, um die durchschnittlichen stabilen H-, C und Cl-Isotopenwerte einschließlich ihrer saisonalen Schwankungen darzustellen. Abschließend werden die Daten hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für komplexe numerische Modelle kritisch diskutiert.
Energetische Elektronen aus der Aurora und den Strahlungsgürteln sind bekannte Quellen von Stickoxiden in der Auroraregion der oberen Mesosphäre und unteren Thermosphäre (MLT, 60-140 km). Im polaren Winter können diese Stickoxide bis in die mittlere Stratosphäre (30—45 km) herunter transportiert werden; sie variieren dabei mit der geomagnetischen Aktivität und dem dynamischen Zustand der Atmosphäre. Hier tragen Stickoxide maßgeblich zum katalytischen Ozonabbau bei; da Ozon eine wesentliche Rolle in der Strahlungsheizung der Stratosphäre spielt, ändern sich durch den Abwärtstransport von auroralen Stickoxiden auch Temperaturen und Windfelder. Diese Änderungen der Atmosphärendynamik können die ganze Atmosphäre bis hinunter zu troposphärischen Wettersystemen betreffen. Aus diesem Grund wurde kürzlich zum ersten Mal empfohlen, geomagnetische Aktivität als Teil des solaren Forcings des Klimasystems in Klima-Chemiemodellstudien wie CMIP-6 zu berücksichtigen. Die atmosphärischen Ionisationsraten, welche verwendet werden, um solche Modellexperimente anzutreiben, basieren empirisch auf Flüssen von präzipitierenden Elektronen, welche jedoch mit großen Unsicherheiten behaftet sind; neue Studien legen nahe, daß es ernsthafte Probleme mit der Genauigkeit dieser Daten gibt. In diesem Projekt werden wir untersuchen, wie vom Sonnenwind getriebene Prozesse in der Magnetosphäre präzipitierende Elektronen verschiedener Energien beeinflussen, und welchen Einfluß diese präzipitierenden Elektronen auf die Zusammensetzung, Temperatur, und Windfelder in der mittleren Atmosphäre haben.Insbesondere werden wir untersuchen:• Wie beeinflussen vom Sonnenwind getriebene Prozesse in der Magnetosphäre das Präzipitieren von Strahlungsgürtelelektronen in die Atmosphäre?• Zu welchen Energien werden präzipitierende Elektronen in den unterschiedlichen geomagnetischen Stürmen in der Magnetosphäre beschleunigt? • Welcher Energiebereich der Präzipitierenden Elektronen hat den größten Einfluss auf die Zusammensetzung und Dynamik der mittleren Atmosphäre?Dazu werden Modellsimulationen mit dem neuentwickelten VERB-4D Modell durchgeführt, welches Elektronenbeschleunigung in die Atmosphäre durch Welle-Teilchen-Wechselwirkungen mit Chorus, Plasmaspheric hiss, hiss in plumes, und EMIC-Wellen berücksichtigt. Ergebnisse werden mit NOAA POES Daten validiert. Modellierte Elektronenflüsse am Oberrand des Modells werden als Input verwendet für das neuentwickelte Klima-Chemiemodells EMAC/EDITh (Boden bis 220km). Modellierte Temperaturen und der Stickoxid-Gehalt werden anhand von Beobachtungen validiert. Fallstudien werden durchgeführt werden für geomagnetische Stürme, die durch Korotating Interaction Regions (CIR) und solare koronale Massenauswürfe (CMEs) ausgelöst wurden, um zu untersuchen, wie die verschiedenen Prozesse unterschiedliche Bereiche der Atmosphäre beeinflussen.
Wasserdampf ist das wichtigste natürliche Treibhausgas. Änderungen in der stratosphärischen Wasserdampfkonzentration und dessen Verteilung können den Strahlungshaushalt und die Oberflächentemperaturen der Erde beeinflussen und sich auf die Chemie der Stratosphäre auswirken. Wasser ist außerdem ein zentraler Bestandteil polarer Stratosphärenwolken (PSCs), die eine Schlüsselrolle beim Ozonabbau über den Polarregionen spielen. In der untersten Stratosphäre (LMS) können Zirrus Wolken wichtige Effekte in Bezug auf Chemie und Strahlung hervorrufen und dennoch sind deren Bildungsmechanismen noch weitgehend unbekannt. Dabei reagiert gerade die Region um die Tropopause besonders empfindlich auf kleinste Veränderungen in der Wasserdampfkonzentration und ein detailliertes Verständnis mikrophysikalischer Wolkenprozesse ist daher eine wichtige Voraussetzung für zuverlässige Klimaprognosen. Im Rahmen des Projektes 'Stratosphärische Wasserdampf Simulationen: Von den Polarregionen zur Tropischen Tropopause' werden vor dem Hintergrund einer verbesserten Repräsentation in globalen Simulationen (i) Ausfrierprozesse im tropischen Tropopausenbereich (TTL), (ii) Zirren in der LMS über den mittleren Breiten sowie (iii) PSCs und deren Auswirkungen auf den polaren Ozonverlust untersucht. Eine Vielzahl neuer Messungen und Studien zu PSCs hat das konventionelle Verständnis einzelner Bildungsmechanismen hinterfragt. Die verschiedenen Wege der Nukleation sollen im Hinblick auf ihr Potential zur Chloraktivierung quantifiziert werden, um so verfeinerte Vorhersagen zur Erholung der Ozonschicht zu erreichen. Ein Hauptziel des vorliegenden Projektes soll außerdem die Erforschung stratosphärischer Zirren, sowohl in den mittleren Breiten, als auch in der TTL bilden. Der Beitrag von Zirrus Wolken zum Strahlungshaushalt hängt stark von der Größenverteilung und damit von der Nukleationsrate der Eispartikel ab und bleibt weiterhin ein hoher Unsicherheitsfaktor in Klimavorhersagen. Darüber hinaus gilt es die Dehydrierung aufsteigender Luftmassen durch die TTL besser zu verstehen. Das Chemisch Langrangesche Modell der Stratosphäre (CLaMS), das am Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde, ermöglicht eine präzise Modellierung von Dehydrierung und Denitrifizierung, Prozesse die sowohl die Ozonzerstörung beeinflussen als auch die Zusammensetzung der Stratosphäre kontrollieren. In Kombination mit hochaufgelösten in-situ Messungen und globalen Satellitendaten soll die Mikrophysik stratosphärischer Eiswolken in einzigartiger Weise untersucht werden. Eine Kopplung des Lagrangeschen Transportschemas in CLaMS mit dem Klimamodell EMAC ermöglicht es, die Auswirkungen von Veränderungen im stratosphärischen Wasserdampf auf Temperaturen an der Erdoberfläche zu untersuchen. Damit trägt dieses Projekt entscheidend zu einem verbesserten Verständnis der Schlüsselprozesse bei, die Schwankungen und Trends im stratosphärischen Wasserdampf und die dekadische Variabilität im Klimaantrieb bestimmen.
Halogenradikale spielen eine Schlüsselrolle in der Chemie der polaren Grenzschicht. Alljährlich im Frühjahr beobachtet man riesige Flächen von mehreren Millionen Quadratkilometern mit stark erhöhten Konzentrationen von reaktivem Brom, welches von salzhaltigen Oberflächen in der Arktis und Antarktis emittiert werden. Dieses Phänomen ist auch als Bromexplosion bekannt. Des Weiteren detektieren sowohl boden- als auch satellitengestützte Messungen signifikante Mengen von Jodoxid über der Antarktis, jedoch nicht in der Arktis. Die Gründe für diese Asymmetrie sind nach wie vor unbekannt, aber das Vorhandensein von nur wenigen ppt reaktiven Jods in der antarktischen Grenzschicht sollte einen signifikanten Einfluss auf das chemische Gleichgewicht der Atmosphäre haben und zu einer Verstärkung des durch Brom katalysierten Ozonabbaus im polaren Frühjahr haben. Der Schwerpunkt der Aktivitäten im Rahmen von HALOPOLE III wird auf der Untersuchung von wichtigen Fragestellungen liegen, die im Rahmen der Vorgängerprojekte HALOPOLE I und II im Bezug auf die Quellen, Senken und Transformationsprozesse von reaktiven Halogenverbindungen in Polarregionen aufgetreten sind. Basierend sowohl auf der synergistischen Untersuchung der bislang gewonnen Daten aus Langzeit - und Feldmessungen sowie auf neuartigen Messungen in der Antarktis sind die wesentlichen Schwerpunkte: (1) Die Untersuchung einer im Rahmen von HALOPOLE II aufgetretenen eklatanten Diskrepanz zwischen aktiven und passiven Messungen DOAS Messungen von IO. (2) Eine eingehende Analyse der DOAS Langzeitmessungen von der Neumayer Station und Arrival Heights (Antarktis) sowie Alert (Kanada) bezüglich Meteorologie, Ursprung der Luftmassen, Vertikalverteilung, sowie des Einflusses von Schnee, Meereis und Eisblumen auf die Freisetzung von reaktiven Halogenverbindungen. (3) Die Untersuchung der kleinskaligen räumlicher und zeitlichen Variation von BrO auf der Basis einer detaillierten Analyse der flugzeuggebundenen MAX-DOAS Messungen während der BROMEX 2012 Kampagne in Barrow/Alaska. (4) Die Analyse der kürzlich in der marginalen Eiszone der Antarktis auf dem Forschungsschiff Polarstern durchgeführten Messungen im Hinblick auf die horizontale und vertikale Verteilung von BrO und IO, sowie den Einfluss der Halogenchemie auf den Ozon- und Quecksilberhaushalt. (5) Weitere detaillierte Untersuchungen des Einflusses von Halogenradikalen, insbesondere Chlor und Jod, auf das chemische Gleichgewicht der polaren Grenzschicht auf der Basis einer Messkampagne in Halley Bay, Antarktis. (6) Detailliertere Langzeit-Messungen von Halogenradikalen und weiteren Substanzen auf der Neumayer Station mittels eines neuen Langpfad-DOAS Instruments welches im Rahmen dieses Projektes entwickelt wird. Zusätzlich zu den bereits existierenden MAX-DOAS Messungen werden diese eine ganzjährige Messungen des vollen Tagesganges sowie die Untersuchung nicht nur der Brom- und Jodchemie, sondern auch der Chlorchemie ermöglichen.
Einfluss des Ozonabbaus auf die UV -Belastung Die UV - Strahlung der Sonne, die so genannte "solare UV - Strahlung ", mit Wellenlängen von 100 Nanometer ( nm ) bis 400 nm wird wellenlängenabhängig durch das Ozon in der Stratosphäre mehr oder weniger absorbiert. Durch eine Verringerung der Ozonkonzentration in der Atmosphäre erhöht sich der Anteil an UV -B- Strahlung , der die Erdoberfläche erreicht. Erhöht sich der UV -B-Anteil, steigt auch die Gesamt- UV -Strahlungsbelastung für die Bevölkerung. Dies bedeutet ein erhöhtes Risiko für UV -bedingte Erkrankungen. Der menschgemachte Ozonabbau ist nicht nur Ursache für das Ozonloch über der Antarktis. Er führte weltweit zu einer mehr oder minder ausgeprägten Erhöhung des UV -B-Anteils - in den mittleren Breitengraden der nördlichen Hemisphäre und damit auch über Deutschland um ca. 7 % im Winter/Frühling und um ca. 4 % im Sommer/Herbst. Quelle: @nt/stock.adobe.com Das Ozon in der Atmosphäre verhindert, dass die gesamte UV - Strahlung , die von der Sonne abgegeben wird, die so genannte "solare UV - Strahlung ", die Erde erreicht. Diese Filterfunktion des Ozons ist stark wellenlängenabhängig: Je kleiner die Wellenlänge der UV - Strahlung , desto weniger erreicht davon die Erde. So passiert die langwellige UV -A- Strahlung mit Wellenlängen von 315 nm bis 400 nm ungehindert die Ozonschicht, während nur noch 10 % der UV -B- Strahlung (Wellenlängen 280 nm bis 315 nm ) zur Erde gelangen. UV -C- Strahlung (280 nm bis 100 nm ) erreicht die Erde gar nicht. Ändert sich der Ozongehalt in der Atmosphäre, bewirkt dies eine Veränderung des Anteils an UV -B- Strahlung , der die Erde erreicht: Eine kleinere Ozonkonzentration bedeutet eine Erhöhung des UV -B-Anteils. Eine höhere Ozonkonzentration verringert den UV -B-Anteil. Erhöht sich der UV -B-Anteil, steigt auch die Gesamt- UV -Strahlungsbelastung für die Bevölkerung. Dies bedeutet ein erhöhtes Risiko für UV -bedingte Erkrankungen, insbesondere für UV -bedingte Krebserkrankungen an Auge und Haut. Schwankungen des Ozongehalts Etwa 90 % der gesamten Ozonmenge in der Atmosphäre entfallen auf die Stratosphäre , etwa 10 % auf die darunterliegende Troposphäre . Der atmosphärische Gesamtozongehalt unterliegt in unseren Breitengraden jahreszeitlichen, natürlichen Schwankungen mit einem Maximum im Frühjahr und einem Minimum im Herbst. Zusätzlich können so genannte Niedrig-Ozon-Ereignisse verschiedenen Ursprungs auftreten. Zum einen kann in sehr kalten Wintern über der Arktis ein starker Ozonabbau erfolgen. Die ozonarmen Luftmassen daraus können mit Auflösen des Polarwirbels in gemäßigte Breiten transportiert werden. Das kann dann im März/ Anfang April für einige wenige Tage zu ungewöhnlich hohen UV -Intensitäten in Deutschland führen. Der UV-Index kann sich dann vorübergehend um bis zu drei UV-Index -Werte erhöhen. Zum anderen kann auch ein Zustrom ozonarmer Luft aus subtropischen Breiten erfolgen, wodurch ebenfalls für einige Tage in Deutschland UV -Intensitäten auftreten können, die über dem normalerweise erwartbaren Niveau liegen. Das Bundesamt für Strahlenschutz beobachtet dies genau und warnt über den UV - Newsletter des BfS und die Social-Media-Kanäle des BfS zeitnah. Der menschgemachte Ozonabbau Der menschgemachte Ozonabbau ist nicht nur Ursache für das Ozonloch über der Antarktis, sondern führte weltweit zu einer mehr oder minder ausgeprägten Erhöhung des UV -B-Anteils. In den mittleren Breitengraden der Nordhalbkugel – und damit auch für Deutschland – reduzierte sich die stratosphärische Ozonschicht um etwa 3 % . Dies führte zu einem Anstieg der sonnenbrandwirksamen UV -Bestrahlungsstärke um ca. 7 % im Winter/Frühling und um ca. 4 % im Sommer/Herbst. Inzwischen scheint sich aufgrund der Einhaltung des Montrealer Protokolls die Ozonschicht der Erde zu erholen. Es wird erwartet, dass die Ozonschichtdicke über den mittleren Breitengraden der Nordhalbkugel in den nächsten Jahrzehnten wieder die Werte der 1980er-Jahre erreichen wird. Aber es gibt auch Hinweise, dass Wechselwirkungen zwischen den Treibhausgasen (Stichwort globale Erwärmung, Klimawandel) und den ozonbildenden Prozessen in der Atmosphäre diese Erholung verzögern könnten. Stand: 04.08.2026
Einfluss des Klimawandels auf die UV -Belastung Der Klimawandel kann auf unterschiedliche Weise die UV -Belastung der Bevölkerung erhöhen: Komplexe Wechselwirkungen zwischen Treibhausgasen, die ozonabbauend wirken, und der stratosphärischen Ozonschicht scheinen eine Erholung der Ozonschicht zu verzögern. Hierdurch würde die UV -Bestrahlungsstärke weiterhin auf dem seit Beginn der Ozonproblematik erhöhten Niveau bleiben. Klimawandelbedingt vermehrt auftretende Niedrigozonereignisse führen für wenige Tage bereits Ende März / Anfang April zu plötzlichen, unerwartet hohen UV -Bestrahlungsstärken. Aufgrund des Klimawandels hat sich in den letzten Jahren die Bewölkungssituation über Deutschland so verändert, dass die jährliche Anzahl an Sonnenscheinstunden im Mittel steigt. Mehr Sonnenscheinstunden bedeuten mehr Zeit, in der UV -Strahlung ungehindert die Erdoberfläche erreichen kann. Das veränderte Klima kann zudem Einfluss auf das Verhalten der Menschen haben, was zu vermehrtem Aufenthalt im Freien und damit zur Erhöhung der UV -Strahlungsbelastung eines Einzelnen führen könnte. Quelle: jozsitoeroe/stock.adobe.com Einflüsse der Treibhausgase auf die weltumspannende Ozonschicht Die durch den Mensch verursachten Emissionen von ozonabbauenden Stoffen führten zu einem Rückgang des stratosphärischen Ozons. In den mittleren Breitengraden der nördlichen Hemisphäre – und damit auch für Deutschland – reduzierte sich die stratosphärische Ozonschicht um etwa 3 Prozent. Dies führte zu einem Anstieg der sonnenbrandwirksamen UV -Bestrahlungsstärke um ungefähr 7 Prozent im Winter und Frühling sowie ungefähr 4 Prozent in Sommer und Herbst. Obwohl Studien zeigen, dass mit dem Verbot ozonabbauender Stoffe (halogenierte Verbindungen wie beispielweise Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW)) der fortschreitende Abbau der Ozonschicht weltweit gestoppt wurde und sich die Ozonschicht in der oberen Stratosphäre wieder erholt, kann kein deutlicher Anstieg des Gesamtozons in den mittleren Breitengraden (60. Breitengrad Süd bis 60. Breitengrad Nord) verzeichnet werden. Erste Untersuchungen deuten darauf hin, dass sich in den mittleren Breitengraden das Ozon in der oberen Stratosphäre zwar erholt, gleichzeitig aber der Ozonabbau in der unteren Stratosphäre seit 1998 weiter fortschreitet, was der Erholung des Gesamtozons über den mittleren Breitengraden entgegenwirkt. Die Gründe hierfür sind noch nicht abschließend geklärt, aber halogenhaltige Treibhausgase (enthalten Fluor, Chlor, Brom oder Iod), die Ozon abzubauen vermögen, werden als mögliche Ursache diskutiert. Niedrigozonereignisse (Low Ozone Events, LOEs) Niedrigozonereignisse sind kleinflächige, "durchziehende" Ozon-arme Luftmassen, die zu plötzlichen, unerwartet hohen UV -Bestrahlungsstärken und damit zu einem erhöhten Risiko für UV -bedingte Erkrankungen, insbesondere für UV -bedingte Krebserkrankungen an Auge und Haut, führen. In 2020 beispielweise stieg der UV-Index Ende März / Anfang April aufgrund eines solchen Niedrigozonereignisses von UVI 3 auf UVI 6 – also auf eine UV -Strahlungsintensität, wie sie normalerweise erst vier bis sechs Wochen später auftritt. Niedrigozonereignisse in Deutschland sind entweder die Folge eines winterlichen Ozonabbaus (Ozonloch) über dem Nordpol (Arktis) (Niedrigozonereignisse März/April) oder des Konzentrationsausgleichs innerhalb der weltumspannenden Ozonschicht zwischen Äquator und Nordpol (Niedrigozonereignisse Mai/Juni). Vor allem Niedrigozonereignisse Ende März / Anfang April sind gesundheitlich relevant. Die Häufigkeit dieser winterlichen, arktischen Ozonlöcher und damit die Wahrscheinlichkeit für Niedrigozonereignisse Ende März / Anfang April hat in den letzten zwei Jahrzehnten zugenommen. Jüngste Untersuchungen der Arktis-Expedition MOSAiC durch das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), sehen einen eindeutigen Zusammenhang mit menschgemachten Treibhausgas-Emissionen - also mit dem Klimawandel. Zum einen wird Ozon durch halogenhaltige Treibhausgase chemisch abgebaut, zum anderen lassen Treibhausgase die Temperatur in der Stratosphäre über dem Nordpol extrem absinken, was den chemischen Ozonabbau nochmals antreibt. Je kälter die Temperaturen desto größer der Ozonabbau. Die Forscher prognostizieren, dass sich der Ozonabbau über der Arktis bis zum Ende des Jahrhunderts noch intensivieren könnte, wenn die globalen Treibhausgasemissionen nicht schnell und konsequent reduziert werden. Gesundheitlich relevant sind diese Ende März / Anfang April auftretenden Niedrigozonereignisse, weil zu dieser Jahreszeit das Auftreten hoher UV -Bestrahlungsstärken, wie sie im Frühsommer normal sind, nicht erwartet werden und darum die hierfür notwendigen Sonnenschutzmaßnahmen nicht bedacht werden. Dies gepaart mit der Tatsache, dass es in dieser Jahreszeit noch recht kühl sein kann – vor allem im Norden Deutschlands – und die Menschen in der wärmenden Sonne sein möchten, erhöht das Risiko für eine UV -Überlastung von Haut und Auge. UV -Strahlung ist für den Mensch nicht wahrnehmbar, wodurch es keine Möglichkeit gibt, selbst einschätzen zu können, wie stark die UV -Strahlung ist. Darum ist es wichtig, bereits ab Ende März / Anfang April den UV-Index im Auge zu behalten. Weniger Bewölkung – mehr sonnige Tage – mehr UV -Bestrahlung Anomalie der Sonnenscheindauer in Deutschland im Zeitraum 1951 - 2021 Quelle: Deutscher Wetterdienst (DWD) Der Klimawandel führt dazu, dass sich die für ein Land oder für Teile von Kontinenten bekannten Bewölkungsszenarien verändern, wie Satellitendaten und Klimamodelle veranschaulichen. In den letzten Jahrzehnten wird in Deutschland eine deutliche Verringerung der Bewölkung gesehen. Dies zeigt sich an einer Zunahme sonniger Tage und damit an einem Anstieg der Sonnenscheinstunden in den letzten Jahren. Aufzeichnungen des Deutschen Wetterdienstes ( DWD ) lassen deutlich erkennen, dass sich die Anzahl an Sonnenscheinstunden aufs Jahr gesehen im linearen Trend erhöht - von 1951 bis 2021 um 132 Stunden. Mehr Sonnenscheinstunden bedeuten mehr Zeit, in der UV -Strahlung ungehindert die Erdoberfläche erreichen kann. Auswertungen der Daten des deutschlandweiten UV -Messnetzes lassen erkennen, dass sich damit die Jahressumme der UV -Bestrahlungsstärke erhöht: In Jahren, die sonnig und heiß waren, wie beispielweise 2003 und 2018, liegt diese Summe deutlich über dem 20-jährigen Mittel. Mehr Wärme – mehr UV -Belastung? Temperaturanomalie in Deutschland in Deutschland im Zeitraum 1951 - 2021 Quelle: Deutscher Wetterdienst (DWD) Ein weiterer in Bezug auf den Klimawandel und seine Folgen zu beachtender Faktor ist die Art, wie sich der Mensch der UV -Strahlung aussetzt – also das Verhalten der Menschen. Dies hängt maßgeblich von den herrschenden Wetterverhältnissen und der Temperatur beziehungsweise von der gefühlten Temperatur ab, also von Parametern, die gravierend durch den Klimawandel beeinflusst werden. Aufzeichnungen des Deutschen Wetterdienstes ( DWD ) über die letzten Jahrzehnte zeigen, dass in Deutschland nicht nur die Sonnenscheinstunden im Mittel zugenommen haben, sondern auch die Temperatur und die Anzahl der so genannten Sommertage: die Temperatur hat sich von 1951 bis 2021 im Mittel um 1,6 °C erhöht und die Anzahl der Sommertage (Maximum der Lufttemperatur über oder gleich 25 °C ) stieg von 1951 bis 2021 um 22,6 Tage. Anomalie der Anzahl der Sommertage in Deutschland im Zeitraum 1951 - 2021 Quelle: Deutscher Wetterdienst (DWD) Wissenschaftliche Untersuchungen stützen die Theorie, dass die Menschen sich wegen klimawandelbedingt veränderter Wetterverhältnisse und erhöhter Temperaturen in zunehmenden Maße im Freien aufhalten und so ihre individuelle Netto- UV -Belastung erhöhen. Es wird prognostiziert, dass die Zeit, die bei wärmerem Wetter im Freien verbracht wird, in Gebieten der mittleren und hohen Breitengrade wahrscheinlich am meisten zunehmen wird. Für diese Gebiete zeigen Untersuchungen, dass die Häufigkeit und Dauer von Aktivitäten im Freien bei höheren Temperaturen, das heißt bei Wohlfühltemperaturen bis hin zu leichter Wärmebelastung, zunehmen. Darüber hinaus spielt auch die individuelle Einstellung gegenüber Wärme oder Hitze eine wichtige Rolle. Studien zeigen, dass sich das Verhalten der Menschen den veränderten klimatischen Bedingungen anpassen könnte. Große Hitze könnten Menschen dann beispielsweise auch als angenehm empfinden, sich im Freien aufhalten, statt kühle Räume aufzusuchen, und dadurch die eigene UV -Strahlungsbelastung erhöhen. Andererseits könnte große Hitze dazu führen, dass man sich vermehrt in gekühlten Räumen aufhält, wodurch die individuelle UV -Belastung sinken würde. Derzeit fehlen noch aussagekräftige, quantitative Analysen über die aus dem Verhalten resultierende Netto- UV -Belastung des Menschen. Hieran wird weiter zu forschen sein. Aber Fakt ist, dass das Verhalten der Menschen und die Anpassung des Verhaltens an die sich ändernden klimatischen Bedingungen ein wichtiger Faktor für die Abschätzung der durch den Klimawandel beeinflussten UV -Strahlungsbelastung und damit des Risikos UV -bedingter Erkrankungen ist. Stand: 04.08.2026
Marine Makroalgen stellen Schlüsselorganismen in Küstenökosystemen dar. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Photosynthese dieser Organismen durch die natürliche, solare UV-Strahlung beeinträchtigt wird. Die molekularen Mechanismen der Schädigung und die der Anpassung mariner Makroalgen an erhöhten UVB-Intensitäten sind bisher wenig untersucht. Innerhalb des beantragten Projektes soll geklärt werden, welche Auswirkungen die solare UV-Strahlung auf die Expression bestimmter Markergene photosynthetischer Enzyme und Proteine innerhalb der Elektronentransportkette, die Enzymregulierung und die Ausbildung von Schutzmechanismen hat und was die Konsequenzen für den Photosyntheseapparat unter natürlichen Bedingungen sind. In der zweiten Phase soll die Interaktion von UVB-Strahlung mit weiteren Stressfaktoren (besonders Temperatur) untersucht werden. Feldexperimente sollen vor allem an Arten der warm-gemäßigten und tropischen Regionen vorgenommen werden, da diese Organismen permanent hohen UVB-Intensitäten ausgesetzt sind und deswegen über adäquate Anpassungsmechanismen verfügen müssen. Diese Untersuchungen sollen zu einer Abschätzung führen, ob auch Algen aus den Polarregionen, die primär vom Ozonabbau betroffen sind, sich langfristig an die dort erhöhte UV-Strahlung anpassen können.
Mit dem Projekt 'Klimaschutz' wird die Arbeit von Prof. Dr. Peter Hennicke als Sachverstaendigen in der Enquete-Kommission 'Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphaere' wissenschaftlich unterstuetzt. Die Unterstuetzung erfolgt prinzipiell auf den zwei Gebieten 'Energie' (Kohlendioxid) und 'Chemie' (v.a. Ozonabbau/FCKW), jeweils durch Beratung, Teilnahme und Vorbereitung von Anhoerungen und durch Erstellung von Positionspapieren bzw. Klein-Gutachten. Diese werden erst im Laufe des Projektes genauer bestimmt.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 292 |
| Europa | 8 |
| Land | 6 |
| Weitere | 6 |
| Wissenschaft | 130 |
| Zivilgesellschaft | 8 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 3 |
| Ereignis | 3 |
| Förderprogramm | 281 |
| Text | 11 |
| unbekannt | 5 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 16 |
| Offen | 287 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 230 |
| Englisch | 109 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Bild | 3 |
| Datei | 6 |
| Dokument | 9 |
| Keine | 260 |
| Webseite | 38 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 250 |
| Lebewesen und Lebensräume | 276 |
| Luft | 303 |
| Mensch und Umwelt | 303 |
| Wasser | 247 |
| Weitere | 299 |