Stoppt FCKW-Verbot Klimawandel?

Neue Erkenntnisse über den Südhalbkugel-Jetstream

Langjährige Klimatrends auf der Südhalbkugel scheinen sich umzukehren. Fachleute zeigen nun, dass diese Trendwende wohl tatsächlich mit dem Kampf gegen den Ozonabbau zusammenhängt, schreibt Lars Fischer auf Spektrum.de. Ob die Titelfrage wirklich gerechtfertigt, dar mit “Ja” zu beantworten ist?

Mehrere langjährige Wetter- und Klimatrends auf der Südhalbkugel scheinen anzuhalten oder sich sogar umzukehren. Ursache sei wohl das Montrealer Protokoll zum Schutz der Ozonschicht, das ab September 1987 die weit gehende Abschaffung der FCKW einleitete, berichte eine Gruppe um Antara Banerjee von der University of Colorado in Boulder. Wie das Team in “Nature ” schreibe, sei durch den Ozonverlust der polare Jetstream um etwa zwei Grad Richtung Südpol gewandert. Auch die Antarktische Oszillation, bei der die Lage der Westwindzone um den Pol unregelmäßig schwanke, und sogar die atmosphärische Zirkulation nahe dem Äquator gehorchten diesem Muster. Allerdings nur bis 2000, zeige die Analyse des Teams. In jenem Zeitraum habe sich der Trend beim Ozonabbau umgekehrt – und die Verschiebung der großräumigen Wettermuster. Das zeige, dass menschliches Handeln auch planetare Klimatrends umkehren könne, schreibt Alexey Karpechko vom finnischen meteorologischen Institut im folgenden Kommentar für “Nature“.

Alexey Karpechko: Internationale Vorschriften haben eine Verlagerung des Jetstreams der südlichen Halbkugel verhindert

Das antarktische Ozonloch verlagerte den Jetstream in der Südhalbkugel polwärts, was zu hemisphärenweiten Klimaveränderungen führte. Aber das Montrealer Protokoll, das ozonzerstörende Substanzen verbot, hat diese Verschiebung gestoppt.

Die Entdeckung eines Ozonlochs in der Frühjahrsatmosphäre über der Antarktis Mitte der 80er Jahre machte die Bedrohung durch vom Menschen hergestellte ozonabbauende Substanzen (ODS) deutlich: Die durch diese Verbindungen verursachten Schäden setzen Menschen und Ökosysteme der Erde schädlicher ultravioletter Strahlung aus. Ein verwandter, unerwarteter Effekt wurde Anfang der 2000er Jahre offensichtlich, wie Studien zeigten, dass das antarktische Ozonloch, das sich in Höhen von etwa 10-20 Kilometern befindet, die atmosphärische Zirkulation in der südlichen Hemisphäre bis zur Oberfläche hinunter beeinflusste – vor allem durch die Verlagerung des sommerlichen Jetstreams in Richtung der Pole. Die Herstellung und Verwendung von ODSs wurde durch das Montrealer Protokoll von 1987 und seine späteren Änderungen verboten. Die atmosphärischen ODS-Konzentrationen nehmen daher ab, und es gibt erste Anzeichen für eine Erholung der Ozonschicht. Banerjee et al. schreiben in Nature, dass die mit dem Loch verbundenen Zirkulationseffekte seit Beginn der Ozonerholung zum Stillstand gekommen seien.

Das stratosphärische Ozon absorbiert die ultraviolette Sonnenstrahlung, und die absorbierte Energie heizt die Stratosphäre, die zweitniedrigste Schicht der Atmosphäre, auf. Infolgedessen kühlen der Ozonabbau und die damit verbundene fehlende Erwärmung die Stratosphäre ab – in der Tat hat sich die antarktische Frühjahrsstratosphäre zwischen Ende der 60er und Ende der 90er Jahre infolge des Ozonlochs um etwa 7 °C abgekühlt. Diese Abkühlung erhöhte den Nord-Süd-Temperaturgradienten zwischen den südlichen mittleren Breiten und der Antarktis, was die stratosphärischen Westwinde in der südlichen Hemisphäre verstärkte und wiederum eine Polverschiebung des Jetstreams in der Troposphäre (der untersten Schicht der Atmosphäre) bewirkte.

Es ist nicht offensichtlich, warum Änderungen der stratosphärischen Winde die Zirkulation in der darunter liegenden Troposphäre beeinflussen. Die Stratosphäre macht nur etwa 15% der atmosphärischen Masse aus und hat daher, wenn sie in Bewegung ist, viel weniger Schwung als die Troposphäre. Beobachtungen und rechnerische Modellierung bestätigen jedoch, dass der troposphärische Strahlstrom auf Änderungen der stratosphärischen Winde auf monatlichen, jahreszeitlichen und dekadischen Zeitskalen empfindlich reagiert, und dass die Abkühlung der polaren Stratosphäre mit einer polaren Verschiebung des troposphärischen Strahlstroms einhergeht.

Jahrhunderts hatte sich der sommerliche troposphärische Jetstream um etwa 2° des Breitengrades verschoben, wodurch sich der Transport von atmosphärischer Wärme und Feuchtigkeit veränderte. Dies trug zur Erwärmung der Antarktischen Halbinsel, Patagoniens und Neuseelands sowie zur Austrocknung Westtasmaniens und Westneuseelands bei und beeinflusste die Zirkulation, die Temperatur und den Salzgehalt des Südlichen Ozeans. Ein Ende der troposphärischen Zirkulationstrends seit Beginn des 21. Jahrhunderts wurde bereits früher festgestellt, aber Banerjee und seine Kollegen sind die ersten, die dies formell auf die Auswirkungen des Montrealer Protokolls zurückführen.

Die Autoren mussten mehrere Schwierigkeiten überwinden, um zu zeigen, dass die Polverschiebung pausiert hat, und um die Pause auf Veränderungen der stratosphärischen Ozonwerte zurückzuführen. Erstens ist die natürliche Variabilität der atmosphärischen Zirkulation in den mittleren und polaren Breiten von Jahr zu Jahr groß, was es schwierig macht, Trends der atmosphärischen Zirkulation in diesen Regionen zu erkennen. Obwohl seit dem Jahr 2000 keine statistisch signifikante Polverschiebung beobachtet wurde, ist dies das erste Mal, dass das Fehlen statistisch signifikanter Trends eine echte Pause in der Verschiebung darstellt.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin herauszufinden, welcher der vielen Faktoren, die gleichzeitig die atmosphärische Zirkulation beeinflussen, für die Pause verantwortlich ist. Banerjee und die Koautoren haben dieses Problem durch die Durchführung mehrerer rechnergestützter Simulationen mit Hilfe von Klimamodellen gelöst. Eine Gruppe von Simulationen zielte darauf ab, den beobachteten Klimawandel zu reproduzieren, und berücksichtigte dabei alle bekannten Faktoren: anthropogene Faktoren wie steigende Treibhausgaskonzentrationen und Veränderungen der atmosphärischen Ozon- und ODS-Werte sowie natürliche Faktoren wie Vulkanausbrüche und Sonnenzyklen. Diese Modellsimulationen haben die beobachtete Klimavariabilität getreu wiedergegeben, einschließlich der polwärts gerichteten Verschiebung der Strahlströme während der Ozonabbauperiode (von Ende der 70er Jahre bis 2000) und der Beendigung der Verschiebung danach.

Es wurden weitere Experimente durchgeführt, bei denen jeweils nur ein oder wenige Faktoren in die Modelle einbezogen wurden. Dies erlaubte Banerjee und seinen Kollegen, den Beitrag jedes einzelnen Faktors zu den Zirkulationstrends abzuschätzen. Sie stellten fest, dass nur Simulationen, die Änderungen der ODS-Werte und damit verbundene Änderungen der Ozonkonzentration berücksichtigten, sowohl die Polverschiebung der Strahlströme während der Abbauperiode als auch die anschließende Pause reproduzierten. Erhöhungen der Treibhausgaskonzentrationen hingegen drückten den troposphärischen Strahl sowohl während der Ozonabbau- als auch der Erholungsphase polwärts. Andere Faktoren, wie Änderungen der Aerosolwerte oder der Sonnenvariabilität, hatten keinen statistisch signifikanten Einfluss auf die simulierten Trends.

Banerjee et al. zeigten auch, dass ihre Ergebnisse relativ unempfindlich gegenüber den Details der Modellformulierungen sind. Einige Modelle schlossen beispielsweise chemische Reaktionen in der Atmosphäre ein und berechneten explizit die Menge des Ozonabbaus und der Erholung von ODS-Emissionen. Diese Modelle berücksichtigten jedoch keine Wechselwirkungen zwischen dem Ozean und der Atmosphäre und würden daher jegliche Rückkopplungen zwischen Ozean und Atmosphäre übersehen, die die interessierenden troposphärischen Trends beeinflussen könnten. Ein anderer Satz von Modellen schloss zwar die Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre ein, aber nicht die Wechselwirkungen zwischen der Chemie der Atmosphäre und der Physik, und konnte daher keine Rückkopplungen zwischen Chemie und Klima reproduzieren. Unabhängig von den Nuancen der Modelle ergab sich ein ähnliches Bild: Die troposphärischen Zirkulationstrends hörten auf, als die Ozonerholung begann.

Was sind also die Auswirkungen dieser Ergebnisse? Erstens zeigen die Ergebnisse, dass – zumindest während der letzten 20 Jahre – die Ozonerholung eine ausreichend starke Kraft auf die troposphärische Zirkulation ausübte, um den gegenläufigen Effekt der Zunahme von Treibhausgasen zu überwinden. Dies ist ein entscheidender Beitrag zu der seit langem geführten Debatte über die relative Rolle dieser beiden Faktoren für vergangene und zukünftige Zirkulationstrends12. Es gibt jedoch keine Garantie dafür, dass die Auswirkungen des Ozons diese Trends in Zukunft dominieren werden. Wenn sich die Ozonwerte weiter erholen, werden sich ihre Änderungsrate und der damit verbundene Einfluss auf das Klima abschwächen, wodurch die relative Rolle des Anstiegs der Treibhausgase zunehmen wird, insbesondere in “Business-as-usual”-Szenarien, in denen nichts zur Verringerung künftiger Treibhausgasemissionen unternommen wird. Solche Emissionsanstiege könnten daher zukünftige Veränderungen der troposphärischen Zirkulation dominieren und den Strahlstrom zurück zum Pol drängen.

Zweitens ergänzen die Ergebnisse den Beweis, dass stratosphärische Veränderungen das Klima in der Troposphäre beeinflussen können. Dies ist wichtig, weil der genaue Mechanismus der Stratosphäre-Troposphäre-Kopplung trotz jahrzehntelanger Forschung nur unzureichend verstanden wird7. Das mangelnde Verständnis beeinträchtigt die Ergebnisse von Banerjee und seinen Kollegen nicht, aber es ist mehr Forschung erforderlich, um das Vertrauen in zukünftige Klimaprojektionen zu erhöhen.

Schließlich geben die Ergebnisse der Autoren ein klares Signal, dass menschliches Handeln das Erdklima beeinflussen kann: Das Montrealer Protokoll hat den mit dem Ozonabbau verbundenen Klimawandel gestoppt. Dies ist ein Lehrbeispiel dafür, wie die internationale Gemeinschaft auf globale Umweltprobleme reagieren sollte. Die Beschränkung gefährlicher Emissionen und die Änderung von Geschäftspraktiken ist auch der Weg, um die durch Treibhausgase verursachte globale Erwärmung zu bekämpfen.

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