Wissenschaftler finden einen menschlichen "Fingerabdruck" in der zunehmenden Ozonschicht der oberen Troposphäre
Wenn die Forscher wissen, wo sie nach diesem Signal suchen müssen, können sie bestimmte Quellen des starken Treibhausgases identifizieren
Je nachdem, wo es in der Atmosphäre vorkommt, kann Ozon Gutes oder Schlechtes bewirken. Weit oben in der Stratosphäre schützt das farblose Gas die Erde vor den harten ultravioletten Strahlen der Sonne. In Bodennähe ist Ozon jedoch ein schädlicher Luftschadstoff, der chronische Gesundheitsprobleme wie Brustschmerzen, Atembeschwerden und eine beeinträchtigte Lungenfunktion auslösen kann.
Und irgendwo dazwischen, in der oberen Troposphäre - der Schicht der Atmosphäre knapp unterhalb der Stratosphäre, in der die meisten Flugzeuge kreisen - trägt Ozon als starkes Treibhausgas zur Erwärmung des Planeten bei.
Es gibt Anzeichen dafür, dass Ozon in der oberen Troposphäre weiter ansteigt, trotz der Bemühungen vieler Länder, seine Quellen an der Oberfläche zu reduzieren. Jetzt bestätigen Wissenschaftler des MIT, dass ein Großteil des Ozonanstiegs in der oberen Troposphäre wahrscheinlich auf den Menschen zurückzuführen ist.
In einer Veröffentlichung berichtet das Team, dass sie in einer 17-jährigen Satellitenaufzeichnung, die 2005 begann, ein klares Signal des menschlichen Einflusses auf die Ozontrends in der oberen Troposphäre entdeckt haben.
"Wir bestätigen, dass es einen klaren und zunehmenden Trend beim Ozon in der oberen Troposphäre in den nördlichen mittleren Breiten gibt, der auf den Menschen zurückzuführen ist und nicht auf das Klimarauschen", sagt der Hauptautor der Studie, Xinyuan Yu, ein Doktorand am MIT Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS).
"Jetzt können wir mehr detektivische Arbeit leisten und versuchen zu verstehen, welche spezifischen menschlichen Aktivitäten zu diesem Ozontrend führen", fügt Co-Autorin Arlene Fiore, die Peter H. Stone und Paola Malanotte Stone Professorin für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften, hinzu.
Zu den MIT-Autoren der Studie gehören Sebastian Eastham und Qindan Zhu sowie Benjamin Santer von der University of California in Los Angeles, Gustavo Correa von der Columbia University, Jean-François Lamarque vom National Center for Atmospheric Research und Jerald Zimeke vom NASA Goddard Space Flight Center.
Das verworrene Netz des Ozons
Die Ursachen und Einflüsse von Ozon zu verstehen, ist ein schwieriges Unterfangen. Ozon wird nicht direkt emittiert, sondern ist ein Produkt von "Vorläufern" - Ausgangsstoffen wie Stickstoffoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), die in Gegenwart von Sonnenlicht reagieren und Ozon bilden. Diese Vorläufersubstanzen stammen aus Fahrzeugabgasen, Kraftwerken, chemischen Lösungsmitteln, Industrieprozessen, Flugzeugemissionen und anderen vom Menschen verursachten Aktivitäten.
Ob und wie lange Ozon in der Atmosphäre verbleibt, hängt von einer Reihe von Variablen ab, unter anderem von der Art und dem Ausmaß der menschlichen Aktivitäten in einem bestimmten Gebiet sowie von natürlichen Klimaschwankungen. So könnte beispielsweise ein starkes El-Niño-Jahr die Zirkulation in der Atmosphäre in einer Weise beeinflussen, die sich auf die Ozonkonzentrationen auswirkt, unabhängig davon, wie viel Ozon der Mensch in diesem Jahr in die Atmosphäre einbringt.
Die Unterscheidung zwischen den menschlichen und den klimatischen Ursachen der Ozonentwicklung, insbesondere in der oberen Troposphäre, ist besonders knifflig. Erschwerend kommt hinzu, dass das Ozon in der unteren Troposphäre - der untersten Schicht der Atmosphäre, die dem Boden am nächsten ist - in den letzten Jahrzehnten nicht mehr angestiegen, sondern in einigen Regionen der mittleren nördlichen Breiten sogar gesunken ist. Dieser Rückgang des Ozons in der unteren Troposphäre ist vor allem auf die Bemühungen in Nordamerika und Europa zurückzuführen, die industrielle Luftverschmutzung zu reduzieren.
"In Oberflächennähe wurde in einigen Regionen ein Rückgang des Ozons beobachtet, und seine Schwankungen stehen in engerem Zusammenhang mit menschlichen Emissionen", so Yu. "In der oberen Troposphäre werden die Ozontrends weniger gut überwacht, scheinen sich aber von denen in Oberflächennähe zu entkoppeln, und Ozon wird leichter durch Klimaschwankungen beeinflusst. Wir wissen also nicht, ob und wie viel des beobachteten Ozonanstiegs in der oberen Troposphäre auf den Menschen zurückzuführen ist".
Ein menschliches Signal inmitten des Klimarauschens
Yu und Fiore fragten sich, ob ein menschlicher "Fingerabdruck" in den Ozonwerten, der direkt durch menschliche Aktivitäten verursacht wird, stark genug sein könnte, um in den Satellitenbeobachtungen in der oberen Troposphäre erkennbar zu sein. Um ein solches Signal zu erkennen, müssten die Forscher zunächst wissen, wonach sie suchen müssen.
Zu diesem Zweck zogen sie Simulationen des Erdklimas und der Atmosphärenchemie heran. In Anlehnung an die in der Klimawissenschaft entwickelten Ansätze kamen sie zu dem Schluss, dass, wenn sie eine Reihe möglicher Klimavariationen in den letzten Jahrzehnten simulieren könnten, die alle mit identischen, vom Menschen verursachten Quellen von Ozonvorläuferemissionen einhergehen, aber jeweils mit einer leicht unterschiedlichen Klimabedingung beginnen, alle Unterschiede zwischen diesen Szenarien auf Klimarauschen zurückzuführen sein müssten. Daraus folgt, dass jedes gemeinsame Signal, das bei der Mittelwertbildung über die simulierten Szenarien auftaucht, auf vom Menschen verursachte Ursachen zurückzuführen sein sollte. Ein solches Signal wäre dann ein "Fingerabdruck", der auf vom Menschen verursachtes Ozon hinweist und nach dem das Team in aktuellen Satellitenbeobachtungen suchen könnte.
Mit dieser Strategie im Hinterkopf führte das Team Simulationen mit einem modernen chemischen Klimamodell durch. Sie führten mehrere Klimaszenarien durch, die jeweils mit dem Jahr 1950 begannen und bis zum Jahr 2014 reichten.
Bei den Simulationen erkannte das Team ein klares und gemeinsames Signal in allen Szenarien, das sie als menschlichen Fingerabdruck identifizierten. Anschließend untersuchten sie die troposphärischen Ozonprodukte, die von mehreren Instrumenten an Bord des NASA-Satelliten Aura stammen.
"Ehrlich gesagt, dachte ich, dass die Satellitendaten einfach zu verrauscht sein würden", gibt Fiore zu. "Ich hatte nicht erwartet, dass das Muster robust genug sein würde.
Aber die Satellitenbeobachtungen, die sie nutzten, gaben ihnen eine gute Chance. Das Team sah sich die von den Satellitenprodukten abgeleiteten Ozondaten der oberen Troposphäre aus den Jahren 2005 bis 2021 an und stellte fest, dass sie tatsächlich das von ihren Simulationen vorhergesagte Signal des vom Menschen verursachten Ozons erkennen konnten. Das Signal ist besonders ausgeprägt über Asien, wo die industrielle Aktivität in den letzten Jahrzehnten erheblich zugenommen hat und wo reichlich Sonnenlicht und häufige Wetterereignisse Verschmutzungen, einschließlich Ozon und seine Vorläufer, in die obere Troposphäre befördern.
Yu und Fiore versuchen nun, die spezifischen menschlichen Aktivitäten zu identifizieren, die zum Anstieg des Ozons in der oberen Troposphäre führen.
"Woher kommt dieser zunehmende Trend? Sind es die oberflächennahen Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe in Fahrzeugmotoren und Kraftwerken? Sind es die Flugzeuge, die in der oberen Troposphäre fliegen? Ist es der Einfluss von Waldbränden? Oder eine Kombination aus all diesen Faktoren?" sagt Fiore. "Wenn wir in der Lage sind, die vom Menschen verursachten Einflüsse von den natürlichen Klimaschwankungen zu trennen, können wir Strategien zur Bekämpfung des Klimawandels und der Luftverschmutzung entwickeln.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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