Stratosphärisches Ozon (Ozonschicht) ist ein lebenswichtiger Bestandteil der Atmosphäre, wobei es nicht mehr als einen fein verteilten zarten Schleier darstellt, der zusammengepresst auf Normaldruck lediglich eine Dicke von etwa 3 mm hätte. Es reicht aber aus, um die kurzwellige ultraviolette (UV) Strahlung der Sonne zu absorbieren und so wie ein Sonnenschutz alles Leben auf der Erde vor den zellschädigenden Wirkungen zu schützen. Die stratosphärische Ozonschicht kann durch langlebige chlor- und bromhaltige Verbindungen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und Halon geschädigt werden. Ausgehend von Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Halonen, die als Treibgase, Kühl- und Schäummittel beziehungsweise als Feuerlöschmittel in der Vergangenheit eingesetzt wurden, entstehenden Chlor-Radikale, die nach komplizierten Zwischenschritten vor allem im Bereich der sehr kalten polaren Stratosphäre in der Lage sind, viele Ozonmoleküle zu spalten. In den Bereichen der Pole ist die Ozonschicht teilweise so gering, dass man vor allem während der Wintermonate von einem "Ozonloch" spricht. Zum Schutz der Ozonschicht wurde deshalb im Jahr 1987 das Montrealer Protokoll unterzeichnet. Dies wurde in Europa und Deutschland durch verschiedene Verordnungen umgesetzt. In Europa und in Deutschland sind die Herstellung und die Vermarktung von FCKW und Halonen sowie von Produkten, die diese enthalten (Spraydosen, Kühlgeräte, Feuerlöscher) weitestgehend verboten. Auch die Ersatzstoffe (H-FCKW), die ebenfalls ein Ozonschädigungspotential besitzen, wenn auch in geringerem Umfang, werden nach und nach beschränkt.
L. S. Rowland und M. J. Molina weisen als warscheinlich nach, dass die langlebigen, weil auf der Erdoberfläche recht stabilen, Fluorkohlenwasserstoffe (FCKW) das Ozon der Stratosphäre zerstören.
Entdeckung, dass Stick(stoff)oxide das Ozon der Stratosphäre zerstören können und damit zuviel Ultraviolett-Licht (UV) die Erdoberfläche erreicht.
The atmospheric composition is strongly influenced by a change in atmospheric dynamics, which is potentially related to climate change. A prominent example is the doubling of the stratospheric ozone component at the summit station Zugspitze (2962 m a.s.l., Garmisch-Partenkirchen, Germany) between the mid-seventies 15 and 2005, roughly from 11 ppb to 23 ppb (43 %). Systematic efforts for identifying and quantifying this influence have been made since the late 1990s. Meanwhile, routine lidar measurements of ozone and water vapour carried out at Garmisch-Partenkirchen (German Alps) since 2007, combined with in-situ and radiosonde data and trajectory calculations, have revealed that stratospheric intrusion layers are present on 84 % of the yearly measurement days. At Alpine summit stations the frequency of intrusions exhibits a seasonal cycle with a 20 pronounced summer minimum that is reproduced by the lidar measurements. The summer minimum disappears if one looks at the free troposphere as a whole. The mid- and upper-tropospheric intrusion layers seem to be dominated by very long descent on up to hemispheric scale in an altitude range starting at about 4.5 km a.s.l. Without interfering air flows, these layers remain very dry, typically with RH =< 5 % at the centre of the intrusion. Pronounced ozone maxima observed above Garmisch-Partenkirchen have been mostly related to a 25 stratospheric origin rather than to long-range transport from remote boundary layers. Our findings and results for other latitudes seem to support the idea of a rather high contribution of ozone import from the stratosphere to tropospheric ozone. Copyright: Author(s) 2019. CC BY 4.0 License
GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) stands for a family of satellite instruments named after the first GOME (https://wdc.dlr.de/sensors/gome/) instrument on ERS-2 launched in April 1995. Currently two GOME-2 instruments are operative on Metop-A and B (https://wdc.dlr.de/sensors/gome2/). The tropical tropospheric ozone is retrieved with convective cloud differential method (Valks et al., 2014 http://www.atmos-meas-tech.net/7/2513/2014/amt-7-2513-2014.html). The tropospheric column is retrieved by subtracting the stratospheric ozone column from the total column. The stratospheric ozone column is estimated as the column above high reaching convective clouds.
The atmospheric composition is strongly influenced by changing atmospheric dynamics, in potential relation to climate change. A prominent example is the doubling of the stratospheric ozone component at the summit station Zugspitze (2962 m a.s.l., Garmisch-Partenkirchen, Germany) between the mid-seventies and 2005, roughly from 11 ppb to 23 ppb (43 %). Systematic efforts for identifying and quantifying this influence have been made since the late 1990s. Meanwhile, routine lidar measurements of ozone and water vapour carried out since 2007, combined with in-situ and radiosonde data and trajectory calculations, have revealed the presence of stratospheric intrusion layers on 84 % of the yearly measurement days. The seasonal cycle for deep intrusions with a pronounced summer minimum seen at Alpine summit stations disappears if one looks at the entire free troposphere. The seasonal cycle previously obtained for the Zugspitze summit is rather well reproduced by the lidar data. The mid- and upper-tropospheric intrusion layers seem to be dominated by very long downward transport up to a full tour around the northern hemisphere in an altitude range starting at about 4.5 km a.s.l. Unless there is a strong perturbation, these layers remain considerably dry, typically with RH </= 5 % at the centre of the intrusion. It is interesting to note that, in recent years, most pronounced ozone maxima have been related to a stratospheric origin rather than to long-range transport from remote boundary layers. This fact could be caused by improving air quality in the most relevant source regions or changing transport patterns. © Author(s)
In July 2013 very strong boreal fire plumes were observed at the northern rim of the Alps by lidar and ceilometer measurements of aerosol, ozone and water vapour for about 3 weeks. In addition, some of the lower-tropospheric components of these layers were analysed at the Global Atmosphere Watch laboratory at the Schneefernerhaus high-altitude research station (2650 m a.s.l., located a few hundred metres south-west of the Zugspitze summit). The high amount of particles confirms our hypothesis that fires in the Arctic regions of North America lead to much stronger signatures in the central European atmosphere than the multitude of fires in the USA. This has been ascribed to the prevailing anticyclonic advection pattern during favourable periods and subsidence, in contrast to warm-conveyor-belt export, rainout and dilution frequently found for lower latitudes. A high number of the pronounced aerosol structures were positively correlated with elevated ozone. Chemical ozone formation in boreal fire plumes is known to be rather limited. Indeed, these air masses could be attributed to stratospheric air intrusions descending from remote high-latitude regions, obviously picking up the aerosol on their way across Canada. In one case, subsidence from the stratosphere over Siberia over as many as 15-20 days without increase in humidity was observed although a significant amount of Canadian smoke was trapped. These coherent air streams lead to rather straight and rapid transport of the particles to Europe. © Author(s) 2015.
Aufgepasst im August: Bei Niedrigozon über Deutschland ist UV -Schutz besonders wichtig Hohe UV -Werte am Wochenende erwartet Das Bundesamt für Strahlenschutz ( BfS ) rechnet für das kommende Wochenende ab Freitag, 11.8., mit zusätzlich erhöhter UV - Strahlung durch ein Niedrigozon-Ereignis über Deutschland. Nach dem zuletzt in weiten Teilen Deutschlands eher kühlen und regnerischen Wetter steigt an solchen Tagen das Risiko , die Sonnenbrandgefahr zu unterschätzen: Am Freitag ist mit einem UV-Index -Wert von bis zu 7 im Norden und bis zu 9 im Süden von Deutschland zu rechnen. UV -Schutzmaßnahmen sollten schon ab einem Wert von 3 umgesetzt werden. Der UV-Index gibt den erwarteten Tagesspitzenwert der sonnenbrandwirksamen UV - Strahlung an. Die Intensität der UV - Strahlung an der Erdoberfläche hängt von unterschiedlichen Faktoren ab, wie Sonnenstand, Bewölkung, Höhenlage, aber auch vom stratosphärischen Ozon. Das Ozon in der Stratosphäre kann UV - Strahlung absorbieren und so die UV -Belastung auf der Erde beeinflussen. Über das Jahr verteilt kann es immer wieder passieren, dass die Luftmassen über Europa vergleichsweise ozonarm sind. Man spricht von Niedrigozon-Ereignissen. Durch eine Verringerung der Ozonkonzentration in der Atmosphäre erreicht mehr energiereiche UV - Strahlung die Erde als sonst. Am Freitag und Samstag können solche ozonarmen Luftmassen aus dem Südwesten Europas Deutschland erreichen. Das BfS empfiehlt daher, sich ausreichend vor UV - Strahlung zu schützen. Am Freitag und Samstag erreichen ozonarme Schichten aus dem Süden voraussichtlich Deutschland (siehe Pfeil). Quelle: DLR Tipps zum Sonnenschutz Informieren Sie sich über den UV-Index in Ihrer Region. Auf den Seiten des BfS sind Prognosen für unterschiedliche Regionen in Deutschland und tagesaktuelle Verläufe abrufbar. Die Vorhersagen basieren auf den bisherigen Messdaten des UV -Messnetzes und aktuellen Wetterdaten. Auch gängige Wetter-Apps informieren über den UV-Index : Bereits ab einem UV-Index von 3 ist UV -Schutz angebracht. Während der Mittagsstunden – zwischen 11 bis 15 Uhr – sollten Sie Schatten aufsuchen. Freizeitaktivitäten sollten besser in die frühen oder späteren Tagesstunden verlagert werden. Tragen Sie schützende Kleidung sowie eine Kopfbedeckung. Tragen Sie eine große und gut sitzende Sonnenbrille. Achten Sie beim Kauf auf die Kennzeichnung " UV -400". Das bedeutet, dass die Brille die gesamte UV - Strahlung bis 400 Nanometer filtert und ausreichend schützt. Cremen Sie unbedeckte Körperstellen gut mit einer Sonnencreme mit ausreichendem Lichtschutzfaktor ein. Schützen Sie besonders Kinder: Sonnenbrände im Kinder- und Jugendalter erhöhen das Risiko für UV -bedingte Erkrankungen von Haut und Augen im späteren Leben. Säuglinge sollten direkter Sonne nicht ausgesetzt werden. Stand: 10.08.2023
BfS empfiehlt Schattensuche an Ostern Erneut hohe UV-Werte erwartet Die Messstation in Chieming ist Teil des bundesweiten solaren UV-Messnetzes Das Bundesamt für Strahlenschutz ( BfS ) rechnet auch am Osterwochenende mit deutlich erhöhter UV -Strahlung und damit auch mit Sonnenbrandgefahr. Wie bereits am vergangenen Wochenende kann der UV-Index am Freitag und Samstag einen Wert von bis zu 5 in Norddeutschland und bis zu 6 in Süddeutschland erreichen. In den Alpen sind sogar noch höhere UV-Index -Werte bis zu 8 möglich. Das BfS empfiehlt daher, sich ausreichend vor UV - Strahlung zu schützen. Eine Möglichkeit ist, Schatten zu suchen. Die Intensität der UV - Strahlung an der Erdoberfläche hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Dazu gehören Sonnenstand, Bewölkung, Höhenlage, Aerosole und stratosphärisches Ozon. Der UV-Index gibt den erwarteten Tagesspitzenwert der sonnenbrandwirksamen UV - Strahlung an. Ungewöhnlich hohe UV-Wert erwartet In der Arktis ist die Ozonschicht in diesem Frühjahr erheblich dünner als sonst. Ausläufer dieses Nordpol-Phänomens führen dazu, dass auch die Luftmassen über Europa vergleichsweise ozonarm sind. Man spricht von Niedrigozon-Ereignissen. Durch eine Verringerung der Ozonkonzentration in der Atmosphäre erhöht sich vor allem die Intensität der UV -B- Strahlung . Das heißt, deutlich mehr energiereiche UV - Strahlung erreicht den Erdboden. Die UV -Bestrahlungsstärke ist damit deutlich höher als normalerweise üblich zu dieser Jahreszeit. Wer sich zum Sport im Freien aufhält oder einen Spaziergang unternimmt, ist daher einem größeren Risiko ausgesetzt, einen Sonnenbrand zu bekommen. Tipps zum Sonnenschutz Da Sonnenbrände das Hautkrebs- Risiko erhöhen, empfiehlt das BfS , sich zu schützen: Ab UV-Index 3 ist UV -Schutz angebracht. Während der Mittagsstunden – zwischen 11 bis 15 Uhr – sollten Sie Schatten aufsuchen. Tragen Sie angemessene Kleidung sowie eine Kopfbedeckung, die auch Ohren und Nacken schützt. Tragen Sie eine Sonnenbrille, die UV - Strahlung bis 400 nm komplett ausfiltert und am Gesicht anliegt. Cremen Sie unbedeckte Körperstellen gut mit einer Sonnencreme mit ausreichendem Lichtschutzfaktor ein. Schützen Sie besonders Kinder – bei Kindern ist die konsequente Anwendung aller Sonnenschutz-Tipps besonders wichtig. Säuglinge gehören gar nicht in die direkte Sonne. Der UV-Newsletter informiert Das BfS verschickt von April bis September immer montags, mittwochs und freitags den UV -Newsletter . Dieser enthält eine Drei-Tages-Vorhersage über den UV-Index für 10 Vorhersagegebiete in Deutschland. An Karfreitag und Ostermontag gibt es zwar keinen Newsletter. Auf der BfS -Internetseite werden die Prognosen aber veröffentlicht. Zusätzlich gibt es dort die tagesaktuellen Messwerte, also den UV-Index im Tagesverlauf, der derzeit 27 UV -Messstationen angezeigt. Die Messwerte werden alle 30 Minuten aktualisiert. Weitere Informationen zum Thema UV -Schutz erhalten Sie unter www.bfs.de/uv . Stand: 09.04.2020
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: 11.08.2023
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