Im australischen Sommer 2019/2020 gab es verheerende Brände, die rund 12,5 Millionen Hektar Wald und Busch vernichtet haben. Anhand von Satellitendaten haben Forscher nun die Auswirkungen dieses Feuersommers auf die Zusammensetzung der Atmosphäre untersucht. Demnach haben die Rauchpartikel die Zusammensetzung der Gase in der Stratosphäre deutlich verändert. Einige dieser Veränderungen haben das Potenzial, die Ozonschicht zu schädigen. Wie gravierend dieser Einfluss ist, ist allerdings unter Wissenschaftlern umstritten.

Die Ozonschicht in der Atmosphäre schützt uns vor der UV-B- und UV-C-Strahlung der Sonne. Doch die aus drei Sauerstoffatomen bestehenden Moleküle des Ozons, können durch verschiedene chemische Reaktionen zerstört werden. Insbesondere die halogenierten Kohlenwasserstoffe FCKW und CFC, die bis in die 1980er Jahre viel verwendete Kälte- und Lösemittel waren, reagieren leicht mit O₃ und sorgten für das Ozonloch, insbesondere über der Antarktis. Seit 1987 sind langlebige FCKW verboten und die Emissionen ozonschädigender Substanzen weltweit stark begrenzt, sodass sich die Ozonschicht Schätzungen zufolge bis Mitte des 21. Jahrhunderts regeneriert haben soll – vorausgesetzt, weitere gravierende Störungen bleiben aus.

Waldbrände als Ozon-Killer?

Auf eine solche mögliche Störung ist nun ein Team um Peter Bernath von der Old Dominion University in Norfolk in Virginia gestoßen. „Große Waldbrände leiten Rauch und Produkte der Biomasseverbrennung in die Stratosphäre der mittleren Breiten ein, wo sie Ozon zerstören“, schreiben die Forscher. Anhand von Daten des sogenannten ACE-Satelliten (Atmospheric Chemistry Experiment), der mit Infrarotmessungen die Konzentration der atmosphärischen Gase bestimmt, untersuchten sie, welchen Einfluss der „Schwarze Sommer“ Australiens auf die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre und insbesondere auf die Ozonschicht in der unteren Stratosphäre hatte.

Während der Buschbrände bildeten sich demnach durch die Hitze große, rauchgeschwängerte Gewitterwolken, sogenannte Pyrocumulonimbus Wolken (pyroCbs), die die Rauchpartikel bis hoch in die Atmosphäre schleuderten. „Diese eingebrachten Rauchpartikel haben zu unerwarteten und extremen Störungen der stratosphärischen Gase geführt, wie sie in den letzten 15 Jahren bei Messungen nicht beobachtet wurden“, beschreiben die Autoren. Unter anderem seien Anstiege von Formaldehyd, Chlornitrat, Chlormonoxid und Hypochloriger Säure zu beobachten gewesen, bei einem gleichzeitigen Rückgang von Ozon, Stickstoffdioxid und Salzsäure. „Diese Störungen in der Zusammensetzung der Stratosphäre haben das Potenzial, die Ozonchemie auf unerwartete Weise zu beeinflussen“, so die Forscher.

Kritik von Fachkollegen

Aus Sicht von Bernath und seinen Kollegen könnten Waldbrände neben direkten menschlichen Emissionen eine wichtige Rolle für den globalen Ozonhaushalt spielen – insbesondere, da die Zahl der Waldbrände durch den menschengemachten Klimawandel mit hoher Wahrscheinlichkeit zunehmen wird. „Das könnte die Erholung des stratosphärischen Ozons verzögern“, so die Forscher. Fachkollegen sehen diese Folgerung kritisch. „Man kann meines Erachtens nicht eindeutig erkennen, dass die Anomalien der Konzentrationen von Chlornitrat, Salzsäure, Hypochloriger Säure und Chlormonoxid in 2020 durch die Feuer einen besonderen Einfluss auf den Ozonabbau in der Stratosphäre im Frühling gehabt haben“, sagt Martin Dameris, Professor am Institut für Physik der Atmosphäre (IPA) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen.

Die relativ niedrigen gemessenen Ozonwerte sind ihm zufolge vor allem darauf zurückzuführen, dass im Winter und Frühling 2020 der stratosphärische Polarwirbel sehr stark ausgeprägt war, sodass er bis in mittlere Breiten reichte und durch niedrige Temperaturen gute Bedingungen für den jahreszeitlich zu erwartenden Abbau von Ozon geschaffen habe. „Die Ergebnisse legen nahe, dass die chlorhaltigen Gase Einfluss auf die Ozon-Chemie haben, aber nicht in so prägnanter Weise, dass sie die Ozonschicht signifikant im Frühling beeinflussen – also die Erholung der Ozonschicht und die Schließung des Ozonlochs verzögern können.“

Weitere Forschung notwendig

Auch Johannes Laube, Gruppenleiter am Institut für Energie- und Klimaforschung am Forschungszentrum Jülich, hält die Aussagekraft der aktuellen Studie für begrenzt. Er weist darauf hin, dass viele der untersuchten Chemikalien so reaktiv sind, dass sich ihre Konzentration nur schwer bestimmen lässt und jede Messung mit Unsicherheit behaftet ist. Wie groß diese Unsicherheit allerdings ist, gibt die Studie nicht an. „Deswegen stehen meiner Ansicht nach viele Aussagen des Artikels auf sehr wackeligen Füßen, da man eben nicht erkennen kann, inwieweit sich die Konzentrations-Höhenprofile im Jahr 2020 tatsächlich signifikant von denen anderer Jahre unterscheiden,“ so Laube.

Grundsätzlich sei die Erkenntnis, dass Waldbrände die Chemie der Stratosphäre aus dem Gleichgewicht bringen können, nicht neu, erklärt er. „Die aktuelle Studie zeigt aber, dass dies im Falle der australischen Buschfeuer von 2019 in wohl bisher ungekanntem Ausmaß geschehen ist.“ Aus seiner Sicht sind weitere Forschungen notwendig. „Da die Wahrscheinlichkeit solcher Brände mit zunehmendem anthropogen getriebenem Klimawandel steigt, ist es wichtig, diese Prozesse sowie deren genauen Auswirkungen besser zu untersuchen und zu verstehen“, sagt er. „Da es bei der Zusammensetzung solcher Brandpartikel eine hohe Variabilität gibt und auch andere Faktoren – wie die genaue geografische Lage der Feuer und deren Zeitraum – eine wichtige Rolle spielen, kann von diesem spektakulären Einzelfall die potenzielle Bandbreite an zukünftigen Folgen nicht abgeleitet werden.“

Quelle: Peter Bernath (Old Dominion University, Norfolk, Virginia, USA) et al., Science, doi: 10.1126/science.abm5611

© wissenschaft.de – Elena Bernard