Das Ozonloch – Irrtümer, Fakten und Prognosen - wissenschaft.de
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Das Ozonloch – Irrtümer, Fakten und Prognosen

Dünner Schutzschirm, mehr UV-B-Strahlen: Was Forscher über die Folgen wissen. Schön weit weg war einst das Ozonloch, „unten“ in der Antarktis. Da ließ sich sogar trefflich über Pinguine mit Sonnenbrand witzeln. Doch der Ozonabbau hat auch Europa erreicht. Mehr UV-B-Strahlung ist zu erwarten – samt Folgeschäden.

Im Süden nichts Neues: Wenn in diesen Tagen der antarktische Frühling anbricht, wird das Ozonloch wieder aufreißen. Man muß kein Prophet sein, um das Ausmaß des atmosphärischen Desasters vorherzusagen. Rund um den Südpol, auf einem Gebiet von der Größe der Vereinigten Staaten, wird sich der irdische Schutzschild gegen lebensfeindliche Strahlung regelrecht auflösen.

Schlimmer kann es über der Antarktis kaum noch kommen. In der unteren Stratosphäre, in Höhen zwischen 14 und 22 Kilometern, bleibt seit Jahren von dem schützenden Gas praktisch nichts übrig. „Gerade dort befindet sich normalerweise das meiste Ozon. Wenn sich das Loch weiter nach oben oder unten ausdehnt“, kommentiert Atmosphärenchemiker Dr. Christoph Brühl vom Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie, „macht sich das kaum noch bemerkbar.“

Nahezu unbemerkt blieb das antarktische Ozonloch in den Massenmedien. Was so regelmäßig Jahr für Jahr kommt und nach ein paar Wochen wieder verschwindet, verliert seinen Schrecken – zumal, wenn die Gefahr weit entfernt lauert. Doch ein ähnliches Drama bahnt sich vor unserer Haustür an.

„Im Norden geht es jetzt erst richtig los“, warnt Brühl. Schon im Vorjahr wunderten sich Experten über das Ausmaß des Ozonfraßes, den sie plötzlich über der Nordhalbkugel bemerkten: Ende Februar und Anfang März 1996 fehlte über England bis zur Hälfte der Schutzschicht. Anfang 1997 gaben Berliner Forscher zwar zunächst Entwarnung, doch im März – viel später als sonst – riß der Ozonschirm über der nördlichen Hemisphäre doch noch auf.

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Über der gesamten Polregion stieg die lebensfeindliche ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) kräftig an – bis hinein nach Sibirien und Zentraleuropa. In der Schweiz kletterten die UV-Werte bis zu 30 Prozent über das normale Monatsmittel. Ozonarme Luftmassen waberten noch Anfang Mai über Deutschland. So spät im Jahr ist das besonders heikel, weil die Sonne dann schon hoch am Himmel steht und ohnehin viel UV-Licht zur Erde gelangt.

Viele Wissenschaftler verabschieden sich inzwischen von der liebgewordenen Vorstellung, auf unserer Erdhalbkugel drohe hier kaum Gefahr. „Die chemische Störung im Norden“, warnte der Ozon-Experte Prof. Reinhard Zellner von der Universität Essen, „unterscheidet sich qualitativ nicht von den Ereignissen über der Antarktis vor und während der Ausbildung des Ozonlochs.“ Das sei „im höchsten Maße beunruhigend“. Eine böse Überraschung ist vor allem, wie stark sich die arktische Winterluft in 20 Kilometer Höhe mittlerweile abkühlt – hier herrschen allmählich fast antarktische Verhältnisse.

Für diese Abkühlung ist vor allem der Treibhauseffekt verantwortlich. Während die Treibhausgase – in erster Linie Kohlendioxid – verstärkt den Boden aufheizen, bringen sie in Höhen von rund 20 Kilometern bitteren Frost, weil dorthin weniger Wärme zurückgestrahlt wird. Auch der Ozonschwund selbst läßt die Temperaturen weiter sinken und verstärkt sich damit selbst: Normalerweise heizt das Gas beim Absorbieren der energiereichen UV-Strahlung die Stratosphäre auf. Fehlt es, kühlt die Luft ab. Diese Rückkopplung ist fatal, wie sich in der Antarktis längst gezeigt hat: Sie führt dazu, daß sich das Ozonloch erst spät wieder schließt. „Das geht immer weiter ins Frühjahr hinein“, bezeugt Dr. Gunther Seckmeyer, Leiter der Arbeitsgruppe UV-Strahlung am Fraunhofer-Institut für atmosphärische Umweltforschung in Garmisch-Partenkirchen.

Nach Modellrechnungen wird das arktische Ozonloch erst im Jahr 2020 seine größte Ausdehnung erreicht haben. Dann erst wird das weltweite Verbot von FCKW, dem stärksten Ozonkiller, zu greifen beginnen.

In den unteren Luftschichten, der Troposphäre, geht die Konzentration an chlorhaltigen Substanzen zwar seit 1994 langsam zurück. Aber in der Stratosphäre, 20 Kilometer darüber, wird die höchste Chlorkonzentration erst um die Jahrtausendwende erreicht sein – vielleicht auch erst später, falls die Entwicklungsländer von ihrem Recht ausgiebig Gebrauch machen, FCKW noch bis zum Jahr 2002 herzustellen. Sonderrechte verführen gelegentlich zu Mißbrauch: Hinter vorgehaltener Hand wird vom FCKW-Schmuggel gemunkelt, der zwischen China und den USA florieren soll.

Bei dem ganzen Problem von FCKW, Ozonloch und UV-Strahlung geht es um einen Hauch von Gas: Die Ozonschicht würde unter Atmosphärendruck, am Erdboden, gerade drei bis fünf Millimeter dick sein. 100 Dobson-Einheiten (DU), das übliche Maß für die atmosphärische Ozonsäule, entsprechen einem Millimeter Schichtdicke am Boden. In Deutschland und England wurden bislang Niedrigst-Werte um 200 DU gemessen – gegenüber einem Normalwert von fast 400. In der Antarktis sinkt der Wert im Frühjahr von meist rund 300 auf 100 DU.

Das hat Konsequenzen, denn die UV-B-Strahlung steigt dadurch kräftig an. Nach einer Modellrechnung muß man in Deutschland mit einer Zunahme der UV-Dosis von durchschnittlich sieben Prozent pro Jahrzehnt rechnen. Der Zuwachs dürfte im Januar und Februar mit rund 20 Prozent am höchsten und im Hochsommer mit knapp fünf Prozent am niedrigsten sein.

Solche Zahlenspiele haben allerdings ihre Tücken. Die häufig zitierte Faustformel besagt: Eine 10prozentige Ozonabnahme verstärkt die UV-B-Strahlung um rund 20 Prozent. Doch Prof. Otto Schrems vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven warnt vor allzu simplen Regeln: „Weniger Ozon bedeutet nicht automatisch mehr UV-Strahlung.“ Das ist vor allem aus zwei Gründen so: Großen Einfluß hat die Bewölkung. Während eine dichte Wolkendecke die Erde vor ultravioletten Strahlen abschirmt, vergrößert eine lückenhafte Bewölkung durch Streustrahlung das UV-Malheur noch: Die höchsten UV-Werte werden paradoxerweise bei halb-bewölktem Himmel gemessen. Auch die Luftverschmutzung fällt ins Gewicht. Aerosole aus Schornsteinen und Auspuffrohren versperren einem kleinen Teil der aggressiven Strahlung den Weg. Sogar das bodennahe Ozon, vor dem Ärzte an heißen Sommertagen warnen, lindert die Folgen des stratosphärischen Ozon-Schwunds.

Die Intensität der UV-Strahlung wird erst seit kurzem exakt gemessen. Die längste europäische Meßreihe – sie stammt von der Wetterstation auf der Zugspitze – reicht gerade fünf Jahre zurück. Eines aber ist sicher: Die UV-B-Strahlung wird zunehmen – vor allem in Europa, wohin die vorherrschenden Winde die ozonarmen Luftmassen mit Vorliebe schieben.

Beim Menschen kann die aggressive Strahlung Sonnenbrand, Hautkrebs und Augenschäden verursachen. Nach einer pauschalen Hochrechnung des Mediziners Prof. Ernst G. Jung von der Universität Heidelberg läßt allein der gegenwärtige Ozonschwund von weltweit rund 4 Prozent die Zahl der Hauttumoren um 10 bis 15 Prozent ansteigen – allerdings erst Jahrzehnte später. Niederländische Dermatologen sprechen sogar von einer Vervierfachung der Krebserkrankungen bis zum Jahr 2100.

Solche Vorhersagen lassen freilich das menschliche Verhalten außer acht. Schon ohne Ozonloch hat sich die Krebsrate vervielfacht. Das Schönheitsideal der sonnengebräunten Haut und die Vorliebe für Reisen in die Tropen, wo die maximalen UV-Werte 55 bis 70 Prozent über unseren liegen, machen der Haut erheblich zu schaffen.

Manche Krebsarten kommen inzwischen achtmal häufiger vor als noch vor 50 Jahren. Die Weltgesundheitsorganisation hält diese Entwicklung für so bedrohlich, daß sie empfiehlt, regelmäßig UV-Warnungen zu geben. Einige Länder wie Deutschland und die Schweiz haben einen Warndienst eingerichtet.

Das wachsende Ozonloch über Europa könnte selbst hartnäckige Sonnenanbeter in den Schatten treiben – falls sie sich nicht von kuriosen Angeboten die Krebs-Angst nehmen lassen: Dermatologen der Ruhr-Universität Bochum haben zusammen mit dem Versandhaus Quelle und dem Wattenscheider Textilhaus Steilmann eine UV-dichte Sommerkollektion entworfen – „modisch und sicher“.

Und die RFT-Forschungslaboratorien in Stassfurt, Sachsen-Anhalt, entwickelten in dreijähriger Arbeit ein UV-Warngerät, das bei Sonnenbrand-Gefahr piepst. Hauttyp und Lichtschutzfaktor der Sonnencreme müssen vorher eingegeben werden.

Auch die Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt kümmert sich um das Ozonloch-Problem: Sie hat kürzlich an 180 Personen ein biologisches UV-Dosimeter getestet, das sie bald in den Handel bringen will. An ihm kann dann jedermann ganz genau ablesen, warum er einen Sonnenbrand bekommen hat.

Während sich der Mensch vor UV-Strahlen schützen kann, müssen Pflanzen mit dem veränderten Sonnenschein leben. Manche Wissenschaftler warnen vor Ernte-Einbußen. Bohnen, fand etwa Prof. Manfred Tevini von der Universität Karlsruhe heraus, bringen bei zehnprozentigem Ozonschwund zehn Prozent weniger Früchte, und Mais reagiert mit verzögerter Reife. „Vielleicht“, sorgt sich der Botaniker, „werden die Weizengürtel in den USA und Rußland bald zehn Prozent weniger Ertrag liefern.“

Umfangreiche Feldversuche, die Klarheit schaffen könnten, stehen noch aus. Bis vor wenigen Jahren gab es nicht einmal die nötigen Meßgeräte, um die geringen Schwankungen der natürlichen UV-Strahlung exakt zu registrieren.

So geben sich die Forscher weltweit mit relativ bescheidenen Experimenten, meist unter künstlichem UV-Licht, zufrieden. Auch Geldmangel bremst die Forschung: „Die Politiker denken“, klagt Tevini, „mit dem Ausstieg aus der FCKW-Produktion sei ihre Arbeit erledigt.“

Die bisherigen Versuche haben gezeigt: Über einen Kamm scheren läßt sich die Reaktion der Flora nicht. Rund die Hälfte von 600 weltweit untersuchten Pflanzen reagiert empfindlich auf verstärkte UV-Strahlung – sei es mit gebremstem Wachstum oder gedrosselter Photosynthese. Die andere Hälfte erwies sich als weitgehend resistent.

Das Ozonloch könnte mithin – ähnlich wie die globale Erwärmung – zu einer Verschiebung des Artenspektrums führen: Robuste Spezies machen sich auf Kosten der sensiblen breit. Die Bauern könnten notfalls auf resistente Sorten umsteigen, die gezielt gezüchtet oder per Gentechnik entwickelt werden. Der Ertrag muß nicht einmal zurückgehen: Manche Sorten profitieren sogar vom Ozonloch. Melonen, fand Tevini heraus, kurbeln im UV-Feuer ihre Produktion von Vitamin C und Zucker an, und Basilikum verstärkt seine Würzkraft.

Pflanzen haben im Laufe der Evolution verschiedene Strategien entwickelt, um mit Strahlung fertigzuwerden. Sie schirmen mit Schutzpigmenten – ähnlich der Bräunung der menschlichen Haut – empfindliche Teile ab und produzieren Enzyme, die schadhafte Erbsubstanz (DNA) reparieren und aggressive Sauerstoffradikale vernichten. DNA-Schäden gehören ansonsten zu den häufigsten Folgen harter Strahlung. Bei hohem UV-Streß entstehen Sauerstoffradikale, die durch chemische Veränderungen in den Zellen Wachstum und Photosynthese bremsen.

Der Reparaturmechanismus der Pflanzen ist nach Ansicht des Biologen Prof. Hans Mohr von der Akademie für Technikfolgenabschätzung in Baden-Württemberg effektiv genug, um erhebliche Änderungen im Sonnenlicht-Spektrum zu verkraften. Allerdings setzt das intaktes Erbgut voraus, denn viele Gene und Enzyme müssen dabei in komplexer Weise kooperieren. Genetisch verarmte Kulturpflanzen brauchen möglicherweise eine Auffrischung mit dem Erbgut von Wildformen, um fit zu bleiben.

Obwohl das Ozonloch seit Jahrzehnten aufreißt, haben die Forscher weltweit in der freien Natur bisher nur wenige Belege für UV-Schäden gefunden. Allerdings lassen sich Veränderungen an Pflanzen und Tieren nicht ohne weiteres eindeutig mit dem Ozonloch in Verbindung bringen. Um die Welt ging etwa die Nachricht von der Erblindung zahlreicher Schafe auf Feuerland. Doch der rasche Schluß, dies gehe auf verstärkte UV-Strahlung zurück, erwies sich als voreilig: Auslöser der Blindheit war tatsächlich eine Virusinfektion. Anders sieht es beim beobachteten Rückgang der Amphibien-Population in den gemäßigten Breiten aus: Hier könnte die stärker gewordene ultraviolette Strahlung tatsächlich eine Rolle spielen.

Daß UV-Licht die Embryos von Fröschen, Kröten und Molchen schädigen kann, ist schon lange bekannt. Wissenschaftler der Universitäten von Oregon und Kalifornien verwiesen kürzlich auf den auffälligen Zusammenhang zwischen den Populationseinbußen und der Fähigkeit, das Enzym Photolyase zu bilden – es repariert Strahlenschäden am Erbgut. Froscharten, denen der Reparaturstoff reichlich zur Verfügung stand, hatten kaum Verluste erlitten, während die armen Vettern drastisch dezimiert wurden. Versuche, bei denen Froschlaich mit erhöhter UV-Strahlung traktiert wurde, haben den Zusammenhang bestätigt.

Alarmierender noch sind Ergebnisse von Plankton-Untersuchungen in antarktischen Gewässern Anfang der neunziger Jahre: Als das Ozonloch damals über dem Meßgebiet aufriß, ging die Produktion von Phytoplankton um sechs bis zwölf Prozent zurück.

Sollte der Ozonschwund das Plankton weltweit dezimieren, dann würde die gesamte Meeresfauna darunter leiden, auch die Speisefische. Denn das Plankton steht am Beginn der Nahrungskette. Durch die Fähigkeit der Algen zur Photosynthese tragen sie außerdem erheblich zum Abbau des Treibhausgases Kohlendioxid bei.

Besonders schlimm: Das pflanzliche Plankton gedeiht am üppigsten in den polnahen Gewässern – also just dort, wo das Ozonloch zu Hause ist. Der Biologe Donat-Peter Häder von der Universität Erlangen hat durchgerechnet, daß bereits ein Rückgang der Phytoplankton-Produktion um nur fünf Prozent den Fischern Ertragseinbußen von sieben Millionen Tonnen pro Jahr – acht Prozent der derzeitigen Weltjahresfänge – einbringen würde. Eine solche Extrapolation beruht allerdings auf vielen Unbekannten, so daß beispielsweise Botaniker Manfred Tevini an ihrer Aussagekraft zweifelt. Aber auch er schließt einen Rückgang der Biomasse, „einschließlich der eßbaren“, nicht aus.

Neben dem Phytoplankton sind mehrzellige Algen und Seegräser bedeutende Primärproduzenten – und obendrein Heimat vieler Jungfische. Wissenschaftler vom Alfred-Wegener-Institut haben auch hier UV-Schäden festgestellt.

Bei manchen Arten kommt die Photosynthese ins Stocken, oder die Erbsubstanz nimmt Schaden. Vor allem die frühen Entwicklungsstadien, die Sporen, reagieren sensibel. „Die meisten Algen“, meint jedoch Prof. Christian Wiencke, „können ganz gut mit dem UV-Streß fertigwerden.“

Über das Ausmaß der Schäden entscheidet auch die Wasserqualität. Denn in klarem Wasser kann die UV-Strahlung bis zu 20 Meter tief eindringen, während sie zum Beispiel im trüben Neusiedler See schon nach 10 Zentimetern schlapp macht. Kanadische Forscher studieren daher mit Besorgnis ihre Seen: Saurer Regen und ein gedrosselter Zufluß haben jeden fünften der rund 700000 Seen im Osten des Landes inzwischen so klar werden lassen, daß die harte Strahlung dem verbliebenen Leben erheblich schaden kann. Manche Algen schützen sich bereits mit Pigmenten, bezeugt David Schindler von der Universität von Alberta in Edmonton.

Ob die Menschen noch einmal davonkommen, entscheidet nicht nur die Chemie-Industrie mit Hautcremes und UV-dichten Kontaktlinsen. Wenn die Flugzeugbauer ihr Vorhaben verwirklichen, eine Armada von stratosphärentauglichen Überschall-Verkehrsflugzeugen zu bauen, wird zusätzlich Ozon verlorengehen. Und sogar ein einziger heftiger Vulkanausbruch kann den Ozonschwund erheblich beschleunigen.

Nachdem auf den Philippinen der Vulkan Pinatubo Megatonnen von Aerosol in die Stratosphäre geschleudert hatte, wuchs das antarktische Loch in den Jahren 1992 und 1993 auf Rekordmaße. „Ein noch stärkerer Ausbruch“, fürch- tet Atmosphärenchemiker Christoph Brühl, „hätte bei den heute höheren Chlorwerten dramatische Folgen.“

KLAUS JACOB ist Wissenschaftsjournalist und lebt in Stuttgart. Seine Arbeitsschwerpunkte sind Technik und Geowissenschaften.

Klaus Jacob

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