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Erde+Klima

Montreal-Protokoll schützt nicht nur die Ozonschicht

Atmosphäre
Die Ozonschicht schützt uns und die gesamte Natur vor zu starker UV-Strahlung. (Bild: Stiggdriver/ iStck)

1987 wurde durch das Montreal-Protokoll der Ausstoß von ozonzerstörenden Treibgasen verboten, seither erholt sich die Ozonschicht der Erde. Doch wie nun eine Simulation zeigt, könnte uns das Protokoll auch vor einem noch schlimmeren Klimawandel bewahrt haben. Hätte die Menschheit weiter ungebremst ozonabbauende Substanzen emittiert, hätte allein der Treibhauseffekt dieser Gase das Klima bis 2100 um zusätzliche 1,7 Grad aufgeheizt. Dazu kommen weitere 0,8 Grad, weil die Vegetation durch die erhöhte UV-Belastung weniger Kohlendioxid (CO2) aufgenommen hätte. Die CO2-Werte lägen dadurch bis 2100 um rund 30 Prozent höher und die Erwärmung wäre um zusätzliche 2,5 Grad angestiegen, wie die Forscher ermittelt haben.

Die irdische Ozonschicht ist unser wichtigster Schutz vor schädlicher UV-Strahlung. Trifft die kurzwellige, energiereiche Strahlung auf ein Ozonmolekül, spaltet sie dieses und wird dabei absorbiert. Dadurch bewahrt die Ozonschicht Menschen, Tiere und Pflanzen vor den zell- und erbgutschädigenden Folgen einer zu hohen UV-Belastung. Dass die Ozonschicht heute noch weitgehend intakt ist, haben wir vor allem dem 1987 beschlossenen Montreal-Protokoll zu verdanken. Damals hatte man erkannt, dass Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und andere halogenhaltigen Treibgase ozonzerstörend wirken und schuld an der Entstehung eines Ozonlochs über der Antarktis sind. Deshalb verbot die internationale Staatengemeinschaft mit dem Montreal-Protokoll die Produktion und Emission einer Vielzahl dieser ozonzerstörenden Substanzen. Dadurch hat sich die Ozonschicht seither in Teilen wieder erholt, allerdings sorgt die Langlebigkeit einiger FCKW dafür, dass die Ozondichte bis heute ausgedünnt ist – auch über nördlichen Breiten.

Doch wenn es das Montreal-Protokoll nicht gegeben hätte, sähe die Ozon-Situation heute erheblich schlechter aus, wie schon vor einiger Zeit sogenannte „World Avoided“-Simulationen demonstrierten. Für sie rekonstruieren Wissenschaftler mithilfe geophysikalischer Daten und Atmosphärenmodelle, wie sich Ozonschicht, Klima und UV-Belastung entwickelt hätten, wenn FCKW auch nach 1987 weiter emittiert worden wären. Solche Szenarien zeigen unter anderem, dass dann die UV-Belastung in unseren Breiten um 15 Prozent zugenommen hätte und auch über dem Nordpol regelmäßig ein Ozonloch bestünde. Darüber hinaus gibt es aber einen weiteren Effekt der halogenierten Kohlenwasserstoffe: Sie sind potente Treibhausgase, deren Wirkung teilweise mehrere tausendmal stärker ist als bei CO2. Das Verbot dieser Substanzen hatte daher auch einen Klimaeffekt.

Klimaeffekt des Montreal-Protokolls im Blick

Wie genau dieser Effekt aussieht und wie sich das Weltklima und die Atmosphäre bis 2100 ohne das Montreal-Protokoll entwickelt hätten, haben nun Paul Young von der Lancaster University und seine Kollegen untersucht. Ein Schwerpunkt lag dabei auf einem Aspekt, der in früheren „World Avoided“-Studien meist nicht berücksichtigt wurde: der Wirkung stark erhöhter UV-Belastung auf die Vegetation. „Experimentelle Daten deuten darauf hin, dass ein unkontrollierter Ozonschwund und insbesondere ein Anstieg der UV-B-Strahlung eine substanzielle negative Wirkung auf das Pflanzenwachstum hat“, erklären die Forscher. Dadurch sinkt die Nettoprimärproduktion und damit auch die Menge an CO2, die die Pflanzenwelt im Rahmen ihrer Photosynthese aufnimmt und speichert. Als Folge verringert sich die Pufferwirkung der Vegetation, die bisher einen Teil der CO2-Emissionen schluckt und deren Klimaeffekt verringert.

Für ihre Modellszenarien simulierten Young und sein Team die Entwicklung von Vegetation, CO2-Werten und Temperaturen bis 2100 einmal ausgehend vom Verbot der FCKW und einem eher schwachen Klimaschutz mit einer Abnahme der CO2-Emissionen erst ab 2075. Das zweite Szenario – Fixed1960 – geht vom gleichen Klimaschutz aus, aber einer Welt ohne Montreal-Protokoll, in der FCKW weiterhin produziert und in den Mengen von 1960 emittiert wird. Als schlimmstes Szenario simulierten sie als drittes die „World Avoided“, in der die FKCW-Emissionen sogar um drei Prozent pro Jahr steigen. Wie erwartet käme es in diesem Szenario zu einem fortschreitenden Ozonabbau. „Diese Ausdünnung beschleunigt sich bis in die 2040er Jahre, in denen es zu einem weltweiten Kollaps der Ozonschicht kommt“, schreiben die Forscher. „Bis 2100 würde die globale mittlere Ozondichte auf 90 Dobson-Einheiten absinken, dies entspricht einer Reduktion um 72 Prozent gegenüber dem Kontrollszenario mit Montreal-Protokoll.“

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Zusätzliche Erwärmung um 2,5 Grad

Der Effekt dieser Treibgasanreicherung und Ozonausdünnung auf das Klima wäre erheblich: Mit Montreal-Protokoll prognostizieren die Simulationen bis 2100 einen Anstieg der globalen Temperaturen um 3,2 Grad über dem Mittel von 1986 bis 2005. Allein durch die zusätzliche Treibhauswirkung der FCKW würden in der „World Avoided“ noch einmal 1,7 Grad Erwärmung dazu kommen – der Effekt auf die Vegetation ist hier noch nicht berücksichtigt. Nimmt man diesen hinzu, verdüstert sich das Szenario weiter. „Die erhöhte UV-Belastung würde die Fähigkeit der Pflanzenwelt zur CO2-Aufnahme massiv verringern, sodass höhere CO2-Werte und mehr globale Erwärmung die Folge wären“, erklärt Young. Unter Annahme einer um drei Prozent verringerten Assimilation pro zehn Prozent zusätzlicher UV-Belastung würde die Vegetation bis zum Ende des Jahrhunderts rund 580 Milliarden Tonnen (Gigatonnen) weniger Kohlenstoff gebunden haben. Dadurch würde der CO2-Gehalt der Erdatmosphäre um 165 bis 215 parts per million (ppm) CO2 höher liegen als im Verbots-Szenario – dies entspricht rund 30 Prozent mehr. Für das Klima würde dies weitere 0,8 Grad Erwärmung bedeuten.

Insgesamt haben das Montreal Protokoll und die ihm folgenden Verbote von ozonzerstörenden Substanzen die Welt damit in doppelter Hinsicht vor einer Heißzeit bewahrt: Der vermiedene Treibhausgaseffekt der FCKW hätte das Klima um zusätzliche 1,7 Gad aufgeheizt, die durch UV-Schäden nachlassende Pufferwirkung der Vegetation um weitere 0,8 Grad. Im „World Avoided“-Szenario müssten wir daher mit 2,5 Grad Erwärmung allein durch die ausgedünnte Ozonschicht und die FCKW rechnen. Diese kämen noch auf die gut drei Grad der ohnehin prognostizierten Erwärmung durch unsere CO2-Emisionen oben drauf. „Unsere Forschung zeigt uns, dass der Erfolg des Montreal-Protokolls weit darüber hinaus geht, die Menschheit vor erhöhten UV-Belastungen zu schützen – sie bewahrt auch die Fähigkeit der Pflanzenwelt, CO2 aufzunehmen“, sagt Young. „Natürlich hoffen wir, dass es zu unserem schlimmsten Szenario niemals gekommen wäre, aber es erinnert uns noch einmal daran, wie wichtig es ist, die irdische Ozonschicht zu schützen.“

Quelle: Paul Young (Lancaster University, UK) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-021-03737-3

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