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Die wachsende Rolle von Ozon beim Klimawandel

Es ist bekannt, dass Ozon ultraviolette Strahlung in den oberen Schichten der Atmosphäre filtert. Es ist jedoch auch ein Hauptschadstoff in der Troposphäre und eines der Treibhausgase, die am meisten zur globalen Erwärmung beitragen. Es wird nur von CO übertroffenzwei und der CH4.

In den letzten Jahren haben Fortschritte bei Klimamessungen und Modellen, die chemische Prozesse in der Atmosphäre beschreiben, es ermöglicht, die Rolle dieser Verbindung beim Klimawandel genauer zu quantifizieren.

Haupttreibhausgase und ihr Beitrag zum Klimawandel (in W / m2).
Ramiro Checa-García / IPCC-AR5-Bericht, Autor zur Verfügung gestellt

Verteilung von Ozon in der Atmosphäre

Wir wissen, dass die größte Menge Ozon in der Stratosphäre gefunden wird, der Schicht der Atmosphäre zwischen 10 und 50 km Höhe. Dort ist Ozon für die Biosphäre von Vorteil, indem es ultraviolette Strahlung während der Kette komplexer photochemischer Prozesse filtert, die es erzeugen.

Forscher, die diese Kette chemischer Ozonreaktionen beschrieben haben, wurden 1995 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Schichten der Atmosphäre
Schichten der Atmosphäre.
NOAA / Mysid / Ascander / Wikimedia Commons

Darüber hinaus wurde entdeckt, wie in der Industrie hergestellte FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) an katalytischen Reaktionen zur Zerstörung von Ozon beteiligt sind. Dies führte dazu, dass das Montrealer Protokoll (1989) seine Emissionen begrenzte, ein wichtiger Schritt, um zu erkennen, dass menschliche Aktivitäten die atmosphärische Zusammensetzung verändern.

Kürzlich wurde die Debatte in der Zeitschrift eröffnet Natur über die Einhaltung oder Nichteinhaltung dieses Protokolls durch mehrere Länder bei der Messung steigender Konzentrationen von FCKW-11 in der Atmosphäre anstelle von abnehmenden. Andererseits hat eine an der Universität von Cambridge durchgeführte Studie mögliche Auswirkungen des Montrealer Protokolls auf das troposphärische Ozon aufgezeigt.

Ozon in den unteren Schichten der Atmosphäre hat jedoch nicht die gleiche Aufmerksamkeit der Medien erhalten.

Die Hauptquelle für troposphärisches Ozon ist die Oxidation flüchtiger organischer Verbindungen und Kohlenmonoxid. Diese Verbindungen stammen unter anderem aus Verbrennungsmotoren und Industrieemissionen. Der Beitrag des Transports aus der Stratosphäre ist viel geringer. Troposphärisches Ozon hängt daher vom Emissionsmuster seiner Vorläufer an der Oberfläche ab.

Ozon in der Troposphäre ist auch ein Schadstoff, der unsere Gesundheit sehr negativ beeinflusst. Es beeinflusst auch die Biosphäre, indem es die Vegetation schädigt und ihre Fähigkeit zur Photosynthese verringert.

Ein weiterer Nebeneffekt dieser Verbindung ist, dass sie das Absorptionsvermögen von CO verringertzwei von Ökosystemen mit den daraus resultierenden negativen Auswirkungen auf das Klima. Es ist aber auch ein starkes Treibhausgas: Eine Erhöhung der Konzentration in der Atmosphäre trägt zur globalen Erwärmung bei.

Beitrag zum Klimawandel

Die Erde befindet sich beim Energieaustausch mit der Außenseite in einem Zustand vorübergehenden Gleichgewichts. Wenn wir eine bestimmte Substanz in der Atmosphäre wie Ozon erhöhen, ändert sich dieses Gleichgewicht. Und das hat Konsequenzen für das Klima.

Eines der Hauptziele für die Analyse des Klimawandels ist die Quantifizierung dieser Veränderung der Energiebilanz. Dies geschieht durch ein Schlüsselkonzept namens StrahlungsantriebDies war ein zentrales Element in den verschiedenen Berichten des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change).

Der Strahlungsantrieb – manchmal auch als Klimaantrieb bezeichnet – ermöglicht es, Änderungen zu vergleichen, die von verschiedenen Substanzen im gleichen Maßstab erzeugt werden: Kohlendioxid, Methan, Ozon … (siehe erste Abbildung). Dieser Strahlungsantrieb kann in Änderungen der globalen Oberflächentemperatur umgesetzt werden.

Basierend auf Klimamodellen, die chemische Reaktionen zur Erzeugung von atmosphärischem Ozon beinhalten, konnte eine zunehmende Rolle des troposphärischen Ozons beim Klimawandel nachgewiesen werden.

Im jüngsten IPCC-Bericht wurde ein Strahlungsantrieb von Treibhausgasen geschätzt, der ohne Ozon nahe bei 3 W / m liegtzwei. Der Beitrag von Ozon in der Troposphäre wird auf etwa 0,4 W / m geschätztzwei, eine sehr relevante Zahl.

Eine wachsende Wirkung

Die Abbildung nach diesem Absatz zeigt, dass die Rolle des troposphärischen Ozons bei der globalen Erwärmung kontinuierlich zugenommen hat. Dies ist auf ein kontinuierliches und anhaltendes Wachstum der globalen Konzentrationen von troposphärischem Ozon zurückzuführen (von einem vorindustriellen Stadium bis zur Gegenwart).

Entwicklung des Strahlungsantriebs von troposphärischem Ozon.
Entwicklung des Strahlungsantriebs von troposphärischem Ozon.
Ramiro Checa-García, Autor zur Verfügung gestellt

Darüber hinaus sind die Änderungen der Oberflächenozonkonzentrationen in jeder Erdhalbkugel unterschiedlich. Die nördliche Hemisphäre trägt aufgrund der hohen Emission anthropogener Vorläufer stärker zum Konzentrationswachstum bei.

Die geografischen und saisonalen Unterschiede sind in den Schätzungen des Aura-Satelliten zu sehen, die eine Bande mit hohen Konzentrationen in China, Europa und Nordamerika zeigen.

Vom Aura-Satelliten gemessene troposphärische Ozonkonzentrationen.
Aura / NASA

Zusammenfassend nimmt der Beitrag des troposphärischen Ozons zum Klimawandel zu. Seine anthropogenen Vorläufer, die an der Erhöhung seiner Konzentration beteiligt sind, werden von Verbrennungsmotoren, Industrieemissionen und bestimmten chemischen Lösungsmitteln erzeugt. Die Maßnahmen zur Verringerung der Luftverschmutzung und zur Verbesserung der Luftqualität sind daher entscheidend für die Bewältigung der Klimanotstandssituation, in der wir uns befinden.

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