Wie Waldbrände die Ozonschicht der Erde abbauen

Hoch aufragende Rauchwolken, die von wilden Waldbränden in die Stratosphäre geschleudert werden, können dank einer starken Mischung aus Rauch, atmosphärischer Chemie und ultraviolettem Licht die Ozonschicht der Erde zerfressen, so eine neue Studie.

Ende 2019 und Anfang 2020 wurde Australiens Himmel schwarz, verdunkelt von dicken Rauchsäulen aus Lauffeuern, die bis in die Stratosphäre reichten. In der Folge zeigten Satellitendaten, dass der Rauch irgendwie mit atmosphärischen Molekülen reagierte, um die Ozonschicht der Erde zu zerstören (SN: 17.03.22). Aber wie genau das geschah, war nicht klar.

Jetzt haben Wissenschaftler die Teile dieses chemischen Puzzles zusammengesetzt. Einmal in der Stratosphäre, sagt das Team, konnten die Rauchpartikel mit stratosphärischen Gasen sowie anhaltenden Emissionen ozonzerstörender Chemikalien interagieren. Fügen Sie Sonnenstrahlung hinzu, und dieses rauchige Gebräu produzierte Chlorradikale, eine Art Chemikalie mit einer Affinität zum Angriff auf Ozon, berichten Forscher am 9. März Natur.

Diese Reihe von Ereignissen war für den Abbau von etwa 3 bis 5 Prozent der Ozonschicht in Teilen der südlichen Hemisphäre im Jahr 2020 verantwortlich, schätzen die Forscher. Das ist ein kleiner Bruchteil des Ganzen – aber es konkurriert mit dem Ausmaß der Auswirkungen menschlicher Emissionen von ozonfressenden Fluorchlorkohlenwasserstoffen in ihrer Blütezeit, sagt Susan Solomon, Atmosphärische Chemikerin am MIT.

Fluorchlorkohlenwasserstoffe wurden einst in Klimaanlagen und Kühlschränken verwendet, aber ihre Emission in die Atmosphäre führte über der Antarktis zu einem großen Loch in der schützenden Ozonschicht der Erde, das begrenzt, wie viel der ultravioletten Strahlung der Sonne die Oberfläche des Planeten erreicht.

In der neuen Studie verglichen Solomon und ihre Kollegen atmosphärische Beobachtungen von Chlor, Ozon und anderen Molekülen nach den Waldbränden in Australien mit Simulationen der Atmosphärenchemie. Satelliten hatten im Jahr 2020 die Häufigkeit bestimmter Chemikalien in der Stratosphäre gemessen – nicht nur Ozon, sondern unter anderem auch Chlorwasserstoffgas und Chlornitrat. Diese Ebenen erregten Solomons Aufmerksamkeit.

„Was wir über Australien gesehen haben, war ein enormer Rückgang des Chlorwasserstoffs“ in den Satellitendaten, sagt Solomon. „Ich dachte, meine Güte, das sieht genauso aus wie die Antarktis. Wie kann das über Australien passieren?“

Chlorwasserstoffgas ist ein Abbauprodukt von Fluorchlorkohlenwasserstoffen, die jahrzehntelang in der Stratosphäre verbleiben können. Die eisige Umgebung über der Antarktis war ein Schlüsselfaktor für die Entstehung des Ozonlochs, da sich bei diesen Temperaturen Chlorwasserstoffgas in den Eiswolken auflösen kann, die durch die Stratosphäre wandern. Die Absorption dieses Gases ist wesentlich, um die Reaktionskette zu starten, die ozonabbauende Chemikalien bildet.

Die Atmosphäre über Australien ist zu warm für diesen Prozess – aber die Satellitendaten zeigten, dass irgendetwas immer noch Chlorwasserstoffgas aus der Atmosphäre entfernte. Solomon und ihr Team erkannten, dass der Schuldige die organischen Partikel im Rauch waren. Diese Partikel können sogar bei wärmeren Temperaturen Chlorwasserstoffgas absorbieren und den ersten wichtigen Schritt einleiten.

Mit dem absorbierten Chlorwasserstoff können die Rauchpartikel als Katalysatoren wirken und dabei helfen, andere Reaktionen in der Atmosphäre zu beschleunigen. Insbesondere verstärken die Partikel die Umwandlung anderer in der Stratosphäre schwebender chlorhaltiger Gase wie Chlornitrat und unterchloriger Säure in hochreaktive Chlorverbindungen gegenüber Sonnenlicht.

Das Mischen der ultravioletten Strahlung der Sonne mit diesen neuen Chlorverbindungen erzeugt Chlorradikale, freilaufende Moleküle, die chemisch extrem reaktiv sind – und besonders gerne Ozonmoleküle angreifen.

Die Entdeckung dieses Prozesses zur Zerstörung von Ozon im Zusammenhang mit Waldbränden ist ein besorgniserregender potenzieller Rückschlag für die Erholung der Ozonschicht, sagt Solomon. Das Montrealer Protokoll von 2010 verbot die Verwendung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen, ein Gesetz, das ermutigend erfolgreich war, das Ozonloch über der Antarktis zu verkleinern (SN: 10.02.21). Die Ozonschicht hat seitdem Anzeichen einer Erholung gezeigt und wächst in der Größenordnung von 1 Prozent pro Jahrzehnt zurück, sagt sie.

Der Rauch der australischen Waldbrände hat jedoch „all diese harte Arbeit“ für das Jahr mehr oder weniger „ausgelöscht“, fügt Solomon hinzu.

Es wird erwartet, dass der Klimawandel die Intensität und Häufigkeit von Waldbränden auf der ganzen Welt erhöht und mehr gewaltige Feuerwolken hoch in den Himmel schickt (SN: 15.12.20). Wenn diese Brände „eine einmalige Sache sind, ist es vielleicht nicht so schlimm“ für die Ozonsanierung, sagt Solomon. „Aber wenn es alle fünf Jahre passiert, ist das eine andere Sache.“

Die Studie erklärt auf elegante Weise mehrere rätselhafte Satellitenbeobachtungen, die nach den Bränden in Australien gemacht wurden, sagt Ross Salawitch, ein atmosphärischer Chemiker an der University of Maryland in College Park, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Es verdeutlicht den Abfall von Chlorwasserstoff, sagt er, sowie seltsame Anstiege bei anderen Chlorverbindungen wie Chlornitrat und Chloroxid.

Aber das „Sahnehäubchen“, sagt Salawitch, ist, wie die Entdeckung der Rolle organischer Partikel unser Verständnis davon verbessern kann, was die Größe des Ozonlochs steuert. Dies ist wichtig, nicht nur, weil wir die Details richtig machen wollen, sagt er, sondern weil „eine der unglücklichen Folgen der globalen Erwärmung wahrscheinlich eine Zunahme der Häufigkeit und Schwere von Waldbränden ist“.