Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Polarregionen
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WOR 6 Arktis und Antarktis – extrem, klimarelevant, gefährdet | 2019

Die Pfade der Wärme

Die Pfade der Wärme © ddp images/Picture Press/Per-­Andre Hoffmann

Die Pfade der Wärme

> Der Klimawandel hinterlässt in den Polargebieten auffälligere Spuren als im restlichen Teil der Erde. Das liegt zum einen an der besonderen Sensibilität der Eiswelten für Wärme. Zum anderen wird die durch Treibhausgase angestoßene Erwär­mung unseres Planeten vor allem in der Arktis durch so viele positive Rück­kopp­lungen verstärkt, dass die Temperaturen im Nordpolargebiet doppelt so schnell steigen wie in der übrigen Welt.

Das neue Gesicht der Polarregionen

Die Polarregionen verändern im Zuge des Klimawandels ihr Antlitz – und das schneller und zum Teil deutlich spürbarer als in vielen anderen Gebieten der Welt. Die Folgen der Erwärmung zeigen sich bislang vor allem in der Arktis, wo das Meereis und die Schneedecke großflächig schwinden, das Meerwasser in vielen Gebieten wärmer wird, der dauergefrorene Boden immer häufiger und länger anhaltend auftaut und die Gletscher in Alaska, Kanada, Grönland, Island und Norwegen allesamt viel Eis verlieren.
In der Antarktis dagegen unterscheiden sich die Trends von Region zu Region deutlich. Während Forscher zum Beispiel an der Antarktischen Halbinsel seit Jahrzehnten einen Rückzug der Schelfeise und Gletscher, abnehmendes Meereis und steigende Lufttemperaturen beob­achten – Entwicklungen, auf die auch die Entstehung des Ozonlochs einen Einfluss hatte –, häufen sich in der Ostantarktis dagegen erst seit Kurzem die Anzeichen eines Wandels. Im Zentrum des Kontinents gibt es dagegen noch keine Hinweise auf eine Erwärmung. Hier sind die Temperaturen gleich geblieben oder infolge des Ozon­abbaus sogar minimal gesunken.
3.1 > Wenn Eisberge an ihrer Oberfläche schmelzen, bilden sie untrügliche Merkmale aus. Eines sind Eiszapfen, die aus wiedergefrorenem Schmelzwasser bestehen; ein anderes sind Pfützen oder Tümpel, in denen sich Schmelzwasser sammelt.
Abb. 3.1 © Bryan and Cherry Alexander/ArcticPhoto
Erschwerend kommt für beide Polargebiete hinzu, dass Schnee, Eis, Meer, Land und Atmosphäre so mannigfaltig aufeinander einwirken, dass sich häufig nicht genau sagen lässt, was Ursache und was Wirkung ist. So stellt sich in der Arktis zum Beispiel die Frage: Schmilzt das Meereis, weil der Ozean wärmer geworden ist – oder nimmt das Meer mehr Wärme auf, weil die Isolation durch das Meereis fehlt? Beides spielt vermutlich eine Rolle, denn die Veränderungen in den Polargebieten verstärken sich gegenseitig, vor allem in der Arktis. Auslöser all dessen – und da besteht kein Zweifel – ist jedoch eine grundsätzliche Erwärmung der Erde, hervorgerufen durch den massiven Ausstoß von Treibhausgasen.

Tauwetter am Nordpol

Das Jahr 2015 endete mit einem meteorologischen Paukenschlag in der Arktis: Am 29. Dezember stieg die Oberflächentemperatur am Nordpol binnen eines Tages von minus 26,8 Grad Celsius auf minus 0,8 Grad Celsius, und das mitten im arktischen Winter. Vermutlich regnete es am Silvestervortag sogar am nördlichsten Punkt der Erde, denn meteorologische Messungen in Ny-Ålesund, Spitzbergen, ergaben, dass ein Sturm warme, feuchte Luft aus dem Nordatlantik Richtung Nordpol transportiert hatte. Meereisbojen, die zur selben Zeit auf Höhe des 85. Breitengrads im Arktischen Ozean trieben, bestätigten diese Beobachtung. Sie registrierten eine Durchschnittstem­peratur von 0,7 Grad Celsius. Demzufolge war es am 30. Dezember 2015 am Nordpol wärmer als zur gleichen Zeit in einigen Teilen Mitteleuropas.
Vor zwei Jahrzehnten noch wäre ein solch bemerkenswerter Wärmeeinbruch in der Arktis eine Ausnahmeerscheinung gewesen. Heutzutage aber häufen sich die Meldungen über außergewöhnliche Wetterereignisse im hohen Norden – vor allem im Winter. Im Februar 2017 beispielsweise regnete es in Spitzbergens nördlichster Siedlung Ny-Ålesund bei einer Tagestemperatur von zwei Grad plus. Anstelle polarer Eiseskälte erlebten die Bewohner des Wissenschaftsdorfs also ein typisch norddeutsches Schmuddelwetter. Ein Jahr später, im Februar 2018, führten starke ablandige Winde sowie überdurchschnittlich warme Lufttemperaturen vor der Nordküste Grönlands zu einer Premiere. Das alte, an der Küste festgefro­rene Meereis brach auf, sodass eine große Polynia entstand. Am 24. Februar 2018, als die Polynia ihre größte Ausdehnung erreichte, verzeichnete Grönlands nördlichste Wetterstation am Kap Morris Jesup eine Tageshöchsttemperatur von plus 6,1 Grad Celsius. Am Berliner Flug­hafen Tegel lag die Höchsttemperatur am selben Tag nur knapp über dem Gefrierpunkt.
3.2 > Die überdurchschnittliche Erwärmung der Arktis setzte sich auch im Jahr 2018 fort. Von Februar 2018 bis Januar 2019 lag die gemittelte Oberflächentemperatur in großen Teilen des Nordpolargebietes um bis zu fünf Grad Celsius über den Durchschnittswerten von 1981 bis 2010.
Abb. 3.2 © nach ECMWF, Copernicus Climate Change Service
All diese Wetterkapriolen passen in ein Muster, welches die Meteorologen an der Polarforschungsstation AWIPEV (Deutsch-französische Arktisforschungsstation, betrieben vom Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeres­forschung [AWI] und dem Polarinstitut Paul-Émile Victor [IPEV]) in Ny-Ålesund in ihren Langzeitbeobachtungen gefunden haben. Die Luft über Spitzbergen hat sich in den zurückliegenden 35 Jahren deutlich erwärmt, und das nicht nur am Boden, sondern auch in der Höhe. Besonders stark fiel die Er­wärmung des atlantischen Teils der Arktis in den Wintermonaten aus: In der kalten Jahreszeit ist es auf Spitzbergen heute im Durchschnitt 3,1 Grad Celsius wärmer als noch vor zehn Jahren. Die Sommer dagegen erwärmten sich in einem geringeren Maß, sodass die Lufttemperatur in Ny-Ålesund auf das ganze Jahr gerechnet um 1,4 Grad Celsius pro Dekade gestiegen ist.
Ähnlich lautende Berichte gibt es aus nahezu allen anderen Teilen der Arktis – und ihre Kernaussage ist eindeutig: Das Nordpolargebiet hat sich in den zurück­liegenden 50 Jahren mehr als doppelt so schnell erwärmt wie die restliche Welt – Trend anhaltend. Den höchsten Temperaturanstieg beobachteten Forscher dabei im Winter. Im Januar und Februar 2016 beispielsweise lag die Temperatur nördlich des 66. Breitengrads fünf Grad Celsius über dem Monatsdurchschnittswert der Jahre 1981 bis 2010. Von Oktober 2017 bis September 2018 war es arktisweit 1,7 Grad Celsius wärmer als im Vergleichszeitraum 1981 bis 2010.
3.3 > Die Erde erwärmt sich im Zuge des Klimawandels nicht gleichmäßig. Im Zeitraum von 2006 bis 2015 beispielsweise stiegen die Temperaturen in der Arktis doppelt so schnell wie in der restlichen Welt, wobei vor allem die Winter im Nordpolargebiet wärmer wurden. Ihre Durchschnittstemperatur lag bis zu mehr als drei Grad Celsius über den Vergleichswerten der Jahre 1850 bis 1900.
Abb. 3.3 © nach IPCC, Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways

Zettajoule
Zettajoule ist eine Maßeinheit distance_h3 für besonders große Energiemengen, die sich kaum mehr in der sonst für Energie üblichen Grundeinheit Joule angeben lassen. Ein Zettajoule entspricht 1021 Joule.

Treibhausgase heizen dem Planeten Erde ein

Die Erwärmung der Erde ist menschengemacht und auf den ungebremsten Ausstoß von Treibhausgasen wie Kohlendioxid, Methan und Lachgas zurückzuführen. Seit Beginn der Industrialisierung hat die Menschheit schätzungsweise 2220 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre entsorgt (Zeitraum 1876 bis Ende 2017). Das langlebige Treibhausgas entsteht in erster Linie bei der Verbrennung fossiler Rohstoffe wie Kohle, Erdöl und ­Erdgas. Es wird allerdings auch freigesetzt, wenn Zement hergestellt wird, Feuchtgebiete trockengelegt oder Waldgebiete abgeholzt und als Landflächen für die Landwirtschaft und die Tierhaltung genutzt werden. Die Konzentration des Gases in der Erdatmosphäre ist auf diese Weise in den zurückliegenden Jahrhunderten um das 1,5-fache gestiegen. Im Jahr 1750 lag sie bei einem Wert von 277 parts per million (ppm), aktuelle Messungen ergeben eine Konzentration von rund 410 ppm.
Durch die Anreicherung von Kohlendioxid, Methan und Lachgas in der Atmosphäre werden die Selbstkühlungsmechanismen des Planeten ausgebremst. Das heißt, die Erdoberfläche kann große Anteile der einfallenden Sonnenenergie nicht mehr so einfach als langwellige Wärmestrahlung in das Weltall zurückstrahlen – und es kommt zu einer Art Wärmestau in Bodennähe. Dieser bringt das Klimasystem der Erde spätestens seit dem Jahr 1970 aus dem Gleichgewicht, denn der Planet nimmt seitdem mehr Strahlung auf, als er abstrahlen kann. Berechnungen zufolge beträgt das Strahlungsplus an Sonnen­energie seitdem im Mittel rund 0,4 Watt pro Quadratmeter.
Rund 93 Prozent dieser zusätzlichen Strahlungsenergie haben in den zurückliegenden Jahrzehnten die Ozeane aufgenommen und in ihren Tiefen verteilt. Die restliche Energie führte zur Erwärmung der Luft und der Kontinente, sodass die globale mittlere Oberflächentemperatur der Erde in den vergangenen 120 bis 170 Jahren um etwa ein Grad Celsius gestiegen ist. Allein das Treibhausgas Kohlendioxid verantwortet rund 50 Prozent dieser Erwärmung. Methan trägt zu 29 Prozent bei und Lachgas zu etwa fünf Prozent. Die restlichen 16 Prozent entfallen auf Stoffe wie zum Beispiel Kohlenstoff­monoxid, Halogen- und Fluorchlorkohlenwasserstoffe sowie Rußpartikel.
Dabei hat sich die Welt allerdings nicht überall gleichermaßen erwärmt. Das liegt an der Verteilung der Land- und Meeresflächen. Die Sonne heizt Landflächen und die darüberliegenden Luftschichten schneller auf als große Meere. Gleichzeitig aber speichert der Erdboden weniger Energie als Meerwasser und kühlt sich demzufolge auch schneller wieder ab. Die Ozeane reagieren deshalb deutlich langsamer auf Klimaveränderungen als die Atmosphäre. Auch der kühlende Effekt der antarktischen Eismassen spielt wohl eine wichtige Rolle. Ihr weitreichender Einfluss auf das Klima der südlichen Hemisphäre könnte mit ein Grund sein, weshalb sich die Folgen des Klimawandels auf der landlastigeren Nordhalbkugel früher und deutlicher zeigten als auf der meerlastigen Südhalbkugel. Während zum Beispiel in der Arktis schon in den 1830er-Jahren erste Anzeichen auf eine Erwärmung hindeuteten, blieben die Temperaturen in Australien und Südamerika noch über die Jahrhundertwende hinweg konstant. Im Südpolargebiet dauerte es sogar bis in die 1950er-Jahre, bis Meteorologen steigende Temperaturen auf der Antarktischen Halbinsel und in der Westantarktis vermeldeten.
Leicht erhöhte örtliche Temperaturen sind allerdings noch nicht gleichbedeutend mit einem generellen Klimawandel. Von diesem sprechen Wissenschaftler erst, wenn in einer Region die Temperaturkurve deutlich und anhaltend – das heißt, über einen Zeitraum von mindestens 30 Jahren – über jene Grenzen hinausschießt, die zuvor durch die natürlich auftretenden Klimaschwankungen definiert wurden. In der Arktis passierte das bereits in den 1930er-Jahren und damit früher als in jeder anderen ­Region der Welt. Auf den weiteren Plätzen folgten die ­Tropen und die mittleren Breiten der Nordhalbkugel. In beiden Gebieten zeigte sich das deutliche Erwärmungs­signal erstmals in den 1950er-Jahren, gefolgt von Austra­lien und Südostasien, wo sich die Hinweise auf den Klimawandel vor rund 60 Jahren verdichteten.
In der restlichen Welt, mit Ausnahme der zentralen Antarktis, ist die globale Erwärmung seit Beginn des 21. Jahrhunderts in vollem Ausmaß zu spüren. Seitdem häufen sich die Temperaturrekordmeldungen, und große Klimaforschungsinstitutionen führen eine Rangliste der wärmsten Jahre. Sie wird bislang angeführt von den Jahren 2015, 2016, 2017 und 2018. Die Arktis für sich genommen erlebte ihre fünf wärmsten Jahre von 2014 bis 2018.

Die Ozeane werden wärmer

Dass die globale Erwärmung bislang mit rund einem Grad Celsius vergleichsweise moderat ausgefallen ist, liegt vor allem an den Weltmeeren. Zum einen haben die Ozeane in der Vergangenheit 30 Prozent des bislang vom Menschen freigesetzten Kohlendioxids aufgenommen und den Treibhauseffekt somit spürbar verlangsamt. Zum anderen verfügen die Weltmeere über eine enorme Wärmespeicher­kapazität. Diese ergibt sich aus den physikalischen Eigenschaften des Salzwassers sowie aus der schieren Wassermenge in den Ozeanen. Ein kleines Rechenbeispiel: Erwärmen sich die Weltmeere allesamt um ein Grad Celsius, wäre dafür 1000-mal mehr ärmeenergie notwendig, als man gebraucht hätte, um die Atmosphäre im gleichen Maß zu erwärmen.
Außerdem reagieren die Ozeane sehr träge auf Umweltveränderungen, weil ihre Wassermassen zirkulieren und sich auf dem Weg in die Polarregionen immer wieder abkühlen. In der Regel vergehen deshalb zehn Jahre, bis sich das Oberflächenwasser des Weltozeans an global steigende Lufttemperaturen anpasst. Jahrhunderte bis Jahrtausende dagegen ziehen ins Land, bis die Wärme auch die Tiefsee erreicht.
3.4 > Die Weltmeere nehmen ständig riesige Mengen an Wärmeenergie auf. Wurde diese Wärme zunächst fast ausschließlich in oberen Wasserschichten gespeichert, erreicht sie mittlerweile nachweislich auch tiefere Wasserschichten.
Abb. 3.4 © nach CarbonBrief
Neuen Erkenntnissen zufolge haben die Ozeane seit dem Jahr 1871 rund 436 Zettajoule an Wärmeenergie aufgenommen. Das entspricht der tausendfachen Energiemenge, welche die Menschheit heutzutage in einem Jahr verbraucht. Allein in den zurückliegenden 25 Jahren haben die Ozeane so viel Wärme absorbiert, dass diese Energiemenge theoretisch ausgereicht hätte, die Meere um 16,25 Grad Celsius aufzuheizen – vorausgesetzt, sie wären nur zehn Meter tief. Da die Ozeane im Durchschnitt jedoch fast 3700 Meter tief sind, beschränkt sich die Erwärmung auf das bislang beobachtete Maß.
Nichtsdestotrotz ist der Trend eindeutig. Seit Jahrzehnten wird das Wasser in allen Ozeanen kontinuierlich wärmer. Die meiste Wärmeenergie verbleibt in den oberen 700 Metern der Wassersäule, wobei erwähnt werden muss, dass die für diese Messungen eingesetzten Temperatursonden bis zum Jahr 2005 gar nicht tiefer tauchen konnten. Seitdem kommen allerdings auch autonome Treibbojen, die sogenannten ARGO-Gleiter (Array for Realtime Geostrophic Oceanography, Echtzeit-Beobachtungssystem für geostrophische Ozeanografie), zum Einsatz. Ihre Daten legen offen, dass sich auch die Wassermassen in einer Tiefe von 700 bis 2000 Metern flächen­deckend deutlich erwärmen – mit potenziell gravierenden Folgen für das weltweite Förderband der Meeresströmungen. Die thermohaline Zirkulation kann nämlich auf zweierlei ­Weise durch die Meereserwärmung geschwächt werden. Zum einen verringert die Wärme die Dichte des Wassers durch thermische Ausdehnung. Das Wasser wird also leichter. Der gleiche Effekt stellt sich zum anderen ein, wenn Meerwasser durch Süßwasser verdünnt wird, weil mehr Regen fällt oder auf Grönland und in der Antarktis die Gletscher schmelzen. Beide Faktoren, sowohl der Süßwassereintrag als auch der Anstieg der Wassertemperatur, erschweren das Absinken von Wassermassen im Nord­atlantik und im Südpolarmeer und können so die Motoren der thermohalinen Strömungen drosseln.
3.5 > Die Weltmeere nehmen nicht alle in gleichem Maß Wärmeenergie auf. Teilt man die Ozeane in mehrere Messgebiete auf, so lassen sich die Unterschiede gut erkennen. Speziell die Gebiete weit im Süden nehmen besonders viel Wärme auf.
Abb. 3.5 © nach Zanna et al

Die Spur der Wärme in den Polarmeeren

Für die Polarregionen bedeutet die Erwärmung des Welt­ozeans vor allem eines: Mit den polwärts fließenden Meeresströmungen erreicht heute mehr Wärme als früher die Arktis oder Antarktis. Der atlantische Einstrom in den Arktischen Ozean beispielsweise wird seit den frühen 1990er-Jahren nachweislich wärmer. Um die Wanderung der Wärme in den Arktischen Ozean nachzuverfolgen, haben deutsche und norwegische Forscher im Jahr 1997 auf Höhe des 79. Breitengrades Nord eine Kette ozeanografischer Messpunkte einmal quer über die Framstraße gezogen – von der Westküste Spitzbergens bis zur Nordostküste Grönlands. Diese sogenannte Verankerungskette erfasst an jeder ihrer 16 Messstellen die Temperatur, die Strömungsgeschwindigkeit und den Salzgehalt der ein- und ausströmenden Wassermassen über die gesamte Wassersäule. Die Messdaten zeigen: Das aus dem Nordatlantik kommende Wasser des Westspitzbergenstroms ist heute im Durchschnitt ein Grad Celsius wärmer, wenn es durch die Framstraße in den Arktischen Ozean fließt, als noch zu Beginn der Langzeitmessungen vor 20 Jahren. Die Spuren dieses wärmeren Wassers lassen sich bereits im gesamten Eurasischen Becken nachweisen.
Gestiegen ist auch die Meeresoberflächentemperatur in den meisten eisfreien Regionen des Arktischen Ozeans, weshalb das Meer heutzutage nicht nur später im Jahr gefriert; das Meereis der Arktis schmilzt auch früher im Jahr, sodass große Flächen des Nordpolarmeers im ­Sommer länger eisfrei sind und somit mehr Sonnenenergie absorbieren können, wodurch ihre Temperatur weiter steigt.
Abb. 3.6 © McLane Research Laboratories

3.6 > Der Kran eines Forschungsschiffs hievt eine Verankerungskette aus dem Meer, an der Geräte zur Wasserprobenentnahme (oben) und zum Sammeln von Phytoplankton (unten) eingehängt sind.
Der Südliche Ozean nimmt im Klimasystem der Erde eine Schlüsselposition ein, denn ohne die Abkühlung und Umwälzung der Wassermassen in den Gewässern der Antarktis wären die Ozeane gar nicht in der Lage, so viel Wärme und Treibhausgase zu speichern, wie sie es mittlerweile tun. Das Absinken schweren Wassers stellt somit die einzige Möglichkeit dar, Wärme und Kohlendioxid aus den oberen Meeresschichten für lange Zeit in die Tiefe zu verfrachten – und in der Antarktis geschieht das in einem deutlich größeren Umfang als im Nordatlantik. Forscher dokumentieren im Südpolarmeer seit den 1950er-Jahren einen flächendeckenden Anstieg der Wassertemperaturen. Sein Ausmaß deutet darauf hin, dass das Meer südlich des 40. Breitengrads deutlich mehr Wärme aus der Atmosphäre aufgenommen hat als alle anderen Meeres­gebiete zusammen.
Das jahrzehntelange Einlagern großer Wärmemengen hat noch weitere Folgen. Deutsche Polarforscher konnten bei ihren Langzeitmessungen entlang des Nullmeridians feststellen, dass sich im Weddellmeer die gesamte Wassersäule, insbesondere aber die tiefste Wasserschicht, das Antarktische Bodenwasser, seit den 1990er-Jahren erwärmt. Ähnliche Beobachtungen wurden auch in anderen Meeresregionen der Antarktis gemacht, sodass die Wissenschaftler inzwischen davon ausgehen, dass sich das Südpolarmeer in den zurückliegenden drei Jahrzehnten in Tiefen von mehr als 1000 Metern schneller erwärmt hat als der Weltozean im globalen Mittel. Ungeklärt ist bislang die Ursache dieser Erwärmung. Wird sie in erster Linie durch die wärmer werdende Atmosphäre über dem Südpolarmeer hervorgerufen? Wenn die Lufttemperatur steigt, kann das Meer weniger eigene Wärme an die Atmosphäre abgeben. Gleichzeitig verändern sich die Windverhältnisse über dem Meer, wodurch bestimmte Strömungen zu- oder abnehmen können, die dann wiederum die Tiefenwasserbildung beeinflussen. Oder wird der Anstieg der Wassertemperatur in der Tiefe eher durch die wärmeren Einströme in das Südpolarmeer hervorgerufen? Vermutlich spielen beide Faktoren eine Rolle.
Bemerkenswert ist, dass Forscher die antarktisweite Erwärmung des Tiefenwassers mittlerweile bis über den Äquator hinaus Richtung Norden verfolgen können. Dorthin fließen die schweren Wassermassen, nachdem sie das unterste Stockwerk des Südpolarmeers gefüllt haben.

Mehr Nebel, mehr Wolken

Der Einstrom wärmeren Wassers sowie die steigenden Lufttemperaturen führen in den Polarregionen dazu, dass sich die Meere hier verstärkt erwärmen. Und je wärmer ein Ozean wird, desto mehr Wasser verdunstet an seiner Oberfläche. Der Wasserdampfgehalt der Luft steigt und damit sowohl der Treibhauseffekt als auch die Wahrscheinlichkeit, dass sich Nebel oder Wolken bilden. Beide Phänomene behindern vor allem in der Arktis das Abstrahlen von Wärmeenergie in das Weltall und verstärken somit die Erwärmung. Im Frühling beispielsweise schmilzt infolge hoher Luftfeuchtigkeit und Wolkenbildung die Schneedecke auf dem arktischen Meereis früher, wodurch auch die Meereisschmelze zeitiger einsetzt. Im Sommer sorgen tief hängende Wolken und Nebel dafür, dass sich die Oberfläche des verbliebenen Meereises erwärmt. Modellergebnisse deuten darauf hin, dass eine geringe Meereisbedeckung im Herbst die Wolkenbildung über dem Arktischen Ozean zu verstärken scheint – mit dem Resultat, dass das neu entstandene Eis zum Anfang des Winters dünner ist als bei weniger Bewölkung.
Ob sich die Dicke, die Höhe oder die Konsistenz der Wolkendecke über Spitzbergen verändert hat, können die Meteorologen an der AWIPEV-Polarforschungsstation in Ny-Ålesund noch nicht sagen, weil entsprechende Messungen erst seit wenigen Jahren durchgeführt werden. Von den seit 1993 täglich stattfindenden Wetterballon-aufstiegen bis in 30 Kilometer Höhe aber wissen die ­Forscher, dass die Luft wärmer geworden ist und mehr Feuchtigkeit enthält. Das Inselklima sei heute auch im Winter eher maritim als wirklich arktisch extrem, berichten die Wissenschaftler.
Neuere Studien untermauern diesen lokalen Eindruck: Trends in der Bewölkung variieren zwar von ­Region zu Region, doch das Klima in der Arktis ist in vielen Gebieten nasser geworden. Die Luftfeuchtigkeit sowie die Niederschlagsmenge haben zugenommen. Forscher sehen darin Anzeichen dafür, dass heutzutage mehr Feuchtigkeit aus den mittleren Breiten in den hohen ­Norden gelangt. Für die Zukunft sagen sie eine weitere Zunahme voraus. Da wärmer werdende Luftmassen mehr Feuchtigkeit speichern, sei mit höheren Verdunstungs­raten über den eisfreien Flächen des Arktischen Ozeans sowie mit mehr Niederschlägen zu rechnen. Letztere werden die Wasserpegel der arktischen Flüsse ansteigen lassen. Die Forscher erwarten außerdem, dass Sommerregen die Albedo des Meereises reduzieren und die Eisschmelze weiter vorantreiben werden.
3.7 > Atlantifizierung: Infolge des Meereisrückgangs in der Barentssee drängt in diesem Randmeer des Arktischen Ozeans wärmer werdendes atlantisches Wasser immer weiter Richtung Norden vor und lässt die arktisch geprägte Meereszone schrumpfen.
Abb. 3.7 © nach Lind et al.

Der Atlantik streckt seine Fühler aus

Besonders offensichtlich zeigen sich die wärmegetriebenen Veränderungen des Nordpolarmeers in der Barentssee, dem nordeuropäischen Eingangstor in den Arktischen Ozean. Das 1,4 Millionen Quadratkilometer große Meeresgebiet zwischen Spitzbergen, Norwegen und dem russischen Inselarchipel Nowaja Semlja lässt sich seit jeher in zwei Regionen mit gegensätzlichen Meereisbedingungen und einem unterschiedlichen Aufbau der Wassersäule einteilen.
Die Wassermassen des nördlichen Teils schichten sich in typisch arktischer Manier übereinander. Das heißt, an der Meeresoberfläche treibt Meereis auf einer Schicht aus kaltem und eher salzarmem Wasser, die Deckschicht, darunter liegt eine zweite kalte, aber salzhaltigere Schicht, die Halokline. Beide schützen die Eisschollen vor den ­wärmeren Strömungen in der Tiefe. Die weiße Meereis­decke ihrerseits verhindert, dass die Sonne die oberste Wasserschicht im Lauf der Sommermonate großflächig erwärmt, indem sie den größten Teil der einfallenden Strahlung reflektiert.
Im südlichen Teil der Barentssee dagegen fehlen sowohl das Meereis als auch die kalte Oberflächenschicht. Hier strömt warmes, salzhaltiges Wasser aus dem Atlantischen Ozean direkt an der Meeresoberfläche Richtung Norden. Es gibt seine Wärme an die Atmosphäre ab und verhindert auf diese Weise, dass sich im Winter neues Meereis bilden kann. Gleichzeitig absorbiert die eisfreie Wasseroberfläche in den Sommermonaten viel Sonnen­energie. Im August 2018 beispielsweise betrug die Wassertemperatur an der Meeresoberfläche in der südlichen Barentssee elf Grad Celsius. Sie lag damit ein bis drei Grad Celsius über dem Sommer-Temperaturdurchschnitt der Jahre 1982 bis 2010 – und diese Erwärmung hat Folgen.
Studien belegen, dass nicht nur die Temperatur und die Menge des einströmenden atlantischen Wassers in den zurückliegenden zwei Jahrzehnten zugenommen haben, es dringt auch weiter Richtung Norden vor. Begüns­tigt wird dieser Vorstoß durch den drastischen Rückgang des Meereises in der nördlichen Barentssee – und zwar zu allen Jahreszeiten. Da sich hier im Winter mittlerweile deutlich weniger Meereis bildet als noch zu Anfang des 21. Jahrhunderts, gelangt während der Eisschmelze im Frühjahr und Sommer weniger Süßwasser in das Meer. Infolgedessen nehmen die Temperatur- und Dichteunterschiede zwischen der Deckschicht und den darunterliegenden Schichten ab. Die einst klar voneinander getrennten Wassermassen vermischen sich immer häufiger, wodurch das warme atlantische Wasser aus der Tiefe öfter bis an die Meeresoberfläche gelangt. Dort lässt es unter anderem die Oberflächentemperatur ansteigen und verzögert oder verhindert gar die Bildung neuen Meereises. Wo im Winter Meereis fehlt, kann im Frühjahr dementsprechend weniger Eis schmelzen, was die Schichtung der Wassermassen schwächt und warmes Atlantikwasser aufsteigen lässt, welches dann wiederum im Herbst die Entstehung neuen Eises erschwert. Ein selbstverstärkender Prozess – oder wie Fachleute sagen: eine der vielen „positiven Rückkopplungen“ im Klimasystem der Arktis.

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Die stärkere und vor allem bis in größere Tiefen reichende Durchmischung der Wassermassen in der Barentssee hat jedoch noch einen zweiten wichtigen Effekt: Der Arktische Ozean gibt insgesamt mehr Wärme an die Atmosphäre ab, weil er durch das stete Durchmischen des Wassers bis in größere Tiefen abkühlen kann – ein Prozess, der bislang vor allem für den Nordatlantik typisch ist. Auf lange Sicht könnte diese Entwicklung sogar bedeuten, dass sich die Gebiete der nordatlantischen Umwälzbewegung nordwärts in den Arktischen Ozean verlagern und sich die Arktis noch deutlicher erwärmt als bislang.
Kein Meereis, eine Wassersäule ohne klar geschichtete Wassermassen – der Arktische Ozean verliert im Zuge des Klimawandels in der Barentssee zwei seiner markantesten Alleinstellungsmerkmale. Forscher sprechen von einer „Atlantifizierung“ der Barentssee, die einen fundamentalen Wandel der Lebensbedingungen in der Meeresregion mit sich bringt. Einige Klimasimulationen deuten darauf hin, dass die nördliche Barentssee schon zum Ende dieses Jahrhunderts vollständig auf Atlantik-Modus umgeschaltet haben könnte. Norwegische Wissenschaftler dagegen prognostizieren aufgrund von Beobachtungen, dass dieser Systemwechsel bereits viel früher erfolgen könnte. Sollte das Meereis im Tempo der zurückliegenden zwei Jahrzehnte weiter schrumpfen, wird eine so große Menge Süßwasser fehlen, dass die nördliche Barentssee bereits im Jahr 2040 keine klar voneinander getrennten Wasserschichten mehr aufweisen und damit ein vollkommen atlantifiziertes Gewässer sein wird.
Die Barentssee ist jedoch nicht das einzige Randmeer des Arktischen Ozeans, in dem das warme Wasser auf dem Vormarsch ist. Die Labradorsee vor der Ostküste Kanadas sowie die Bering- und die Tschuktschensee vor der Küste Alaskas erwärmen sich in einem vergleichbaren Maß. In allen vier Meeresgebieten steigt die Ober­flächentemperatur im Sommer derzeit um ein Grad Cel­sius pro Dekade. Gleichzeitig geht in allen vier Regionen das Meereis zurück, die eisfreien Wasserflächen nehmen mehr Sonnenenergie auf, und es drängen häufiger warme Wassermassen aus der Tiefe an die Meeresoberfläche, sodass es ausgesprochen schwerfällt, die einzelnen Prozesse und ihre Wirkungen voneinander zu trennen. Tatsache ist, dass durch die Klimaerwärmung Prozesse im Klimasystem der Erde in Gang gesetzt wurden, die sich in ihrer Wirkung gegenseitig verstärken und vor allem im Nordpolargebiet zunehmend spürbar werden.

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Arktische Verstärkung – eine fatale Kettenreaktion

Welche Effekte in welchem Ausmaß zur Verstärkung beitragen, wird in der Wissenschaft kontrovers debattiert. Manche Forscher argumentieren, die drastische Erwärmung sei in erster Linie auf die schrumpfenden Schnee- und Meereisdecken in der Arktis zurückzuführen. Je weniger helle Flächen vorhanden seien, desto geringer sei die Rückstrahlkraft der Arktis und desto mehr Sonnen­energie würde im Nordpolargebiet verbleiben und Ver­änderungen in den Meeren und in der Atmosphäre anstoßen. Andere verweisen darauf, dass die wärmer werdende Luft über der Arktis mehr Wasserdampf aufnehme und sich demzufolge auch häufiger Wolken bildeten, die wiederum die Abstrahlung von Wärmeenergie in das Weltall behinderten. Je nach Jahreszeit und Art der Wolken könne sich dieser Effekt allerdings auch umkehren und die Wolkendecke kühlend wirken.
Jedes Argument für sich genommen stimmt und kann durch Messungen belegt werden. Die eigentliche Erklärung für die Verstärkung liegt wohl im Zusammenspiel aller Faktoren, deren Ausmaß und Wirkung nicht nur mit den Jahreszeiten variieren, sondern auch von Region zu Region unterschiedlich ausfallen. Erschwerend kommt hinzu, dass das Klimasystem nicht nur komplex ist, sondern seine einzelnen Bestandteile auch auf ausgesprochen chaotische Art und Weise miteinander wechselwirken, was die Identifizierung von Ursachen und Wirkungen enorm verkompliziert. Wissenschaftler sprechen an dieser Stelle vom Klimarauschen, von Klimaschwankungen oder der natürlichen Variabilität des Klimasystems.
Fakt ist, dass Luft- und Meeresströmungen heutzutage mehr Wärme und Feuchtigkeit in das Nordpolargebiet transportieren. Dadurch, so die weitläufige Hypothese, verringert sich der generelle Temperaturgegensatz zwischen den hohen und den mittleren Breiten. Aus diesem Gegensatz aber zieht der Polarfront-Jetstream seine Energie. Dieses leicht gewellte Starkwindband zirkuliert normalerweise zwischen dem 40. und 60. Breitengrad parallel zum Äquator um die Arktis und hält wie ein Schutzwall warme Luftmassen aus dem Süden davon ab, in die Arktis vorzustoßen.
Je wärmer aber die Arktis wird, desto weiter sinkt der Temperaturunterschied zwischen dem Nordpolargebiet und den südlicheren Gefilden. Infolgedessen nehmen auch die Westwinde ab, die den Polarfront-Jetstream ausmachen. Der Luftstrom schwächt sich ab, wird durch Hoch- und Tiefdruckgebiete aus seiner zonalen Ausrichtung abgelenkt und schlängelt sich jetzt in großen Wellen über die Nordhalbkugel (siehe Kapitel 2). Dadurch macht er den Weg frei für zwei gegensätzliche Luftmassenbewegungen. Über dem Nordatlantik und dem Westen Nordamerikas zieht warme, feuchte Luft aus dem Süden in die Arktis. Über Sibirien und dem restlichen Nordamerika dagegen stößt kalte, polare Luft aus der Arktis in die mittleren Breiten vor und sorgt dort vor allem im Winter für Eiseskälte.
In Zeiten eines schwachen Jetstreams passiert es zudem häufiger, dass wandernde Hoch- oder Tiefdruck­gebiete gewissermaßen stecken bleiben und für längere Zeit in einer Region verweilen. Eine solche Blockade führt regelmäßig zu extremen Wetterereignissen wie etwa anhaltendem Regen mit anschließenden Überschwemmungen oder aber zu andauernder Wärme und Trockenheit, wie sie Mitteleuropa zum Beispiel im Sommer 2018 erlebt hat.
Abb. 3.11b © Zachary Lawrence (NMT), stratobserve.com

Abb. 3.11c © Zachary Lawrence (NMT), stratobserve.com

3.11 > Im Winter 2018/2019 zerfiel der arktische Polarwirbel innerhalb von zwölf Tagen in drei kleinere Wirbel. In Nordamerika drängte daraufhin polare Luft weit Richtung Süden vor und löste eine extreme Kältewelle in Kanada und dem Nordosten der USA aus
Abb. 3.11a © Zachary Lawrence (NMT), stratobserve.com
Die Details dieser folgenreichen Kettenreaktion haben Wissenschaftler noch nicht umfassend verstanden. Aber es gibt große Fortschritte. Neue Studien lassen zum Beispiel darauf schließen, dass der drastische Meereisrückgang in der Barentssee und der Karasee eine entscheidende Rolle bei der Schwächung des Jetstreams über Europa und Asien spielt. Vereinfacht gesagt, absorbieren die beiden Randmeere des Arktischen Ozeans im Sommer so viel Sonnenenergie, dass sie erst im Oktober oder November und damit relativ spät zufrieren. Bis dahin aber geben die offenen Gewässer so viel Wärme und Feuchtigkeit an die Troposphäre ab, dass über Sibirien mehr Schnee fällt. Die wachsende Schneedecke dort wiederum ver­stärkt die Rückstrahlkraft der Landflächen und befeuert auf diese Weise die Auskühlung und Entstehung eines Hochdruckgebiets über Sibirien.
Westlich davon jedoch bildet sich infolge der Wärmeabgabe durch das Meer eine Wärmeglocke. Der in höheren Luftschichten darüberstreichende Jetstream wird dadurch nach Süden, teils auch nach Norden abgelenkt. Außerdem stellt die Wärmeglocke ein Hindernis für die planetaren Wellen dar. Wie in einer Halfpipe schießen die aus Westen kommenden Luftpakete hier in die Höhe und erhalten genügend Auftrieb, um in die Stratosphäre aufzusteigen und den dort über der Arktis rotierenden Polarwirbel zu beschädigen. Unter bestimmten Voraussetzungen teilen sie ihn sogar.
Der Zerfall des Polarwirbels wiederum schwächt den Jetstream in der Troposphäre und lässt blockierende Hoch- und Tiefdruckgebiete über Europa und Asien verweilen. Diese lenken dann kalte Luft nach Asien und Europa sowie warme Luft Richtung Grönlandsee. Letztere führt dann in logischer Konsequenz dazu, dass die Lufttempe­ratur über dem Arktischen Ozean ansteigt, die Zahl der Frosttage sinkt und die Meereisdecke weniger gut gefriert oder sogar schmilzt.
Für die kommenden drei Jahrzehnte sagen Wissenschaftler der Arktis einen Anstieg der Herbst- und Wintertemperaturen von bis zu vier Grad Celsius voraus. Eine Erwärmung von solchem Ausmaß hätte zur Folge, dass weite Teile des Arktischen Ozeans länger im Jahr ­eisfrei wären. Es würden auch große Flächen des dauer­gefrorenen Bodens (Permafrost) auftauen. Beide Veränderungen zögen unmittelbare Konsequenzen für die lokalen Ökosysteme sowie für die Schifffahrt, den Rohstoffabbau und alle anderen menschlichen Aktivitäten in der Arktis nach sich.

Unterschiedliche Trends in der Antarktis erkennbar

In der Antarktis zeichnet sich im Zuge des Klimawandels kein so einheitliches Erwärmungsbild ab wie in der Arktis. Ausschlaggebend dafür sind vermutlich der kühlende Effekt der Landeismassen auf dem antarktischen Kontinent, einschließlich ihrer großen Rückstrahlkraft, sowie die isolierende Wirkung des Antarktischen Zirkumpolarstroms. Außerdem gibt es große regionale Unterschiede zwischen maritim geprägten Küstengebieten und den ­kontinentalen Bedingungen über der Zentralantarktis. Im pazifischen Sektor der Westantarktis sowie im Bereich der Antarktischen Halbinsel beobachten Forscher seit Jahrzehnten, dass sich die Gletscher beschleunigen, das Meereis schrumpft, die Oberflächentemperaturen steigen und es in Teilen stärker schneit. Ausschlaggebend dafür sind sowohl Veränderungen in der atmosphärischen Zirkulation, wodurch mehr Wärme und Feuchtigkeit ­Richtung Pol transportiert werden, als auch Meeres­strömungen, die wärmeres Wasser in die Küstengebiete transportieren. Für den zunehmenden Wärmetransport in der Atmosphäre sind die Westwinde über dem Süd­polarmeer verantwortlich. Sie haben seit den 1970er-Jahren zugenommen und ihren Pfad polwärts verlagert – ausgelöst durch die steigende Treibhausgaskonzentration und den zunehmenden und anhaltenden Ozonabbau über der Antarktis im Frühjahr. Beide Prozesse haben dazu geführt, dass der Temperaturunterschied zwischen den Tropen und dem Südpolargebiet zugenommen hat, wodurch die Winde an Kraft gewonnen haben. Die Verlagerung der Westwinde ist jedoch nicht die einzige Klimaveränderung im Südpolargebiet, welche durch die Entstehung des antarktischen Ozonlochs mit angestoßen wurde. Heute weiß man, dass sich der regelmäßige Abbau von Ozon über dem antarktischen Kontinent grundlegend auf das Klima der Region auswirkt.

Wie das Ozonloch das Klima in der Antarktis verändert

Die Erde besitzt ihren eigenen Sonnenschutz – einen ­Filter aus Ozon. Er absorbiert in der Stratosphäre die kürzesten und damit energiereichsten Strahlen des Sonnenlichts nahezu vollständig und verhindert auf diese Weise, dass diese für den Menschen nicht sichtbare ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) die Erdoberfläche erreicht. Ohne diese natürliche Schutzschicht wäre ein Leben auf der Erde kaum möglich, denn UV-Strahlen durchdringen Haut- oder andere Schutzschichten von Pflanzen, Tieren und Menschen und würden tief im Gewebe deren Immunsystem und Erbgut schädigen.
Ozon ist ein hochreaktives Gas, dessen Konzentration in der Erdatmosphäre ab einer Höhe von zehn Kilometern langsam zunimmt. Seine höchste Dichte erreicht es in einer Höhe von 30 bis 35 Kilometern. Dennoch ist der Gesamtanteil des Gases an der Atmosphäre verschwindend gering, wie ein kleines Rechenbeispiel zeigt. Würde man eine Luftsäule nehmen, die vom Erdboden bis ins Weltall reicht und diese Luft unter Normaldruck und einer Temperatur von null Grad Celsius zusammenpressen, so ergäbe alles enthaltene Ozon eine gerade einmal drei ­Millimeter dünne Schicht.
Umso bemerkenswerter ist der Einfluss der Ozonschicht auf das Klima der Erde. Ozon absorbiert nicht nur die einfallende UV-Strahlung. Je nach Höhe nimmt es als Treibhausgas auch Wärmeenergie auf, die von der Erde abgestrahlt wird. Je mehr Ozon ein Luftpaket enthält, desto mehr UV- oder Wärmestrahlung absorbiert das Gas und desto weitreichender erwärmt es Teile der Atmo­sphäre. Im Umkehrschluss bedeutet dies aber auch: Sollte die Ozonkonzentration in der Stratosphäre abnehmen, würden die umgebenden Luftmassen auskühlen.
3.12 > Der Ozonabbau über der Antarktis konzentriert sich auf wenige Monate im Jahr. Er beginnt im August und erreicht seinen Höhepunkt im September und Oktober. Im November nimmt die Ozonkonzentration dann wieder zu, das Loch schließt sich.
Abb. 3.12 © nach NASA Ozone Watch

 

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Der Kriegszug der freien Radikale

Genau diese Entwicklung beobachten Wissenschaftler, seitdem die Ozonschicht über der Antarktis regelmäßig zum Ende des Winters ausdünnt und in den Monaten September und Oktober das sogenannte Ozonloch entsteht. Grund dafür sind vom Menschen hergestellte Gase (Fluorchlorkohlenwasserstoffe und bromierte Kohlenwasserstoffe), die als Treibgase, Kälte- oder Lösungsmittel verwendet wurden – oder zum Teil immer noch werden – und Chlor- oder Bromverbindungen enthalten, welche das Ozon zerstören können. Damit diese Gase jedoch ihre zerstörerische Kraft entfalten, bedarf es besonderer Voraussetzungen, die einzig und allein in den langen, ­dunklen Wintern der Polargebiete gegeben sind. Ozonlöcher können demzufolge nur in der Antarktis und in Ausnahmefällen auch in der Arktis entstehen.
Zuerst muss die Lufttemperatur in der Stratosphäre auf unter minus 78 Grad Celsius absinken. Solche tiefen Temperaturen werden nur im Winter erreicht – und meist auch nur im Innern des Polarwirbels. Der Polar­wirbel ist ein Höhentief, welches sich aufgrund der hohen thermischen Ausstrahlung und der damit verbundenen Kaltluftansammlung im Zuge der Polarnacht über dem ­entsprechenden Polargebiet bildet. Es erstreckt sich von der oberen Troposphäre bis in die Stratosphäre.
Abb. 3.15 © ddp images/Picture Press/Per-­Andre Hoffmann

3.15 > Perlmuttwolken schimmern in Regenbogenfarben am Himmel über der Antarktis. Die Wolken aus Säurekristallen bilden sich erst bei Temperaturen von unter minus 78 Grad Celsius und leiten dann den Ozonabbau ein.
Die Luftmassen in dieser Höhe enthalten nur noch wenig Wasserdampf, dafür aber Tröpfchen von Schwefelsäure, die meist durch Vulkanausbrüche in die Strato­sphäre gelangt sind. Bei Temperaturen unter minus 78 Grad Celsius lagern sich Restwasser und Salpetersäure an diesen Tröpfchen ab und gefrieren. Abermillionen Säurekristalle entstehen. Vom Erdboden aus sind die ­Kris­tallansammlungen als sogenannte Polare Stratosphärenwolke zu erkennen. Umgangssprachlich wird ­dieses Himmelsphänomen als Perlmuttwolke bezeichnet.
Diese Wolken sind die Chemiefabriken der Stratosphäre. Auf der Oberfläche ihrer Kristalle laufen chemische Reaktionen ab, im Zuge derer sich die zunächst harmlosen Treibgase und Kühlmittel in hochreaktive Gase verwandeln. Diese sind stabil, solange es dunkel bleibt. Sowie zum Ende der Polarnacht aber die Sonne wieder über den Horizont lugt, zerfallen sie und entlassen Chlor- oder Brom-Radikale, von denen jedes einzelne Abertausende Ozonmoleküle zerstört. Brom ist dabei 60- bis 65-mal effektiver als Chlor. Der Siegeszug der Radikale erreicht seinen Höhepunkt über der Antarktis in der Regel Mitte Oktober und endet erst, wenn die Sonne die Luftmassen innerhalb des Polarwirbels wieder erwärmt, sich die Perlmuttwolken auflösen und ozonreiche Luft aus den mittleren Breiten einströmt. Die Radikale verfallen dann in eine Art Sommerruhe. Sie reagieren mit Stickstoffdioxid, welches ebenfalls in der einströmenden Luft enthalten ist, zu Chlornitrat (ClONO2) oder Bromnitrat (BrONO2) und warten auf den nächsten Winter.
Von einem Ozonloch sprechen Forscher, wenn die Ozonkonzentration in der Stratosphäre unter den Grenzwert von 220 Dobson-Einheiten fällt. Diese nach dem ­britischen Physiker und Meteorologen Gordon Dobson (1889–1976) benannte Maßeinheit gibt die Gesamtheit der Ozonmoleküle in der Atmosphäre über einem Punkt der Erde an. Zum Vergleich: 220 Ozonmoleküle entsprechen 220 Dobson-Einheiten und ergäben im oben beschriebenen Rechenbeispiel eine Ozonreinschicht von 2,2 Millimetern. Vor dem ersten Auftreten des Ozonlochs betrug die durchschnittliche Ozonkonzentration in der Antarktis 250 bis 350 Dobson-Einheiten. Heutzutage sinkt sie im antarktischen Frühling regelmäßig auf einen Tiefstwert von etwa 100 Dobson-Einheiten.

Abb. 3.16 © nach World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project

3.16 > Der wiederholte Ozonabbau über der Antarktis beeinflusste in der jüngeren Vergangenheit das Klima des Südpolargebiets maßgeblich. Es kam zu einer Abkühlung der unteren Stratosphäre, infolge derer sich beispielsweise Wind- und Regensysteme südwärts verlagert haben.

Abkühlung im Zentrum, Erwärmung auf der Antarktischen Halbinsel

Wenn zum Ende der Polarnacht die Ozonschicht über der Antarktis ausdünnt, hat das unmittelbare Konsequenzen für die Temperaturentwicklung in der Stratosphäre und der darunterliegenden Troposphäre. Zunächst erwärmt sich die Luft in der unteren Stratosphäre kaum noch. Mit dem Ozon fehlt ein wichtiges Treibhausgas, welches die langwellige Wärmestrahlung der Erde absorbiert. Die Luftschichten der unteren Stratosphäre sind deshalb heutzu­tage bis zu zehn Grad Celsius kälter als in der Zeit vor dem Ozonloch.
Die Abkühlung der unteren Stratosphäre hat seit den 1990er-Jahren zu weitreichenden klimatischen Veränderungen in der Antarktis geführt. Der Einfluss des Ozon­abbaus reicht sogar so weit, dass Wissenschaftler seit ­dieser Zeit einen Großteil der Veränderungen in der Temperaturkurve der Antarktis auf das Ozonloch zurückführen können – so zum Beispiel auch das leichte Absinken der Oberflächentemperatur im Innern des antarktischen Kontinents. Dazu kommt es, weil durch den Ozonmangel in der Stratosphäre auch die darunterliegende Tropo­sphäre besser auskühlen kann.
Die anhaltende Kälte in der unteren Stratosphäre verhindert aber auch ein frühzeitiges Zusammenbrechen des polaren Wirbels. Stattdessen verlängert sich seine Lebensdauer und damit die Periode des Ozon­abbaus. Gleichzeitig verstärkt die ozonbedingte Abkühlung der unteren Stratosphäre den Temperaturgegensatz zwischen der Antarktis und den Tropen. Dadurch verändern sich die atmosphärischen Zirkulationsmuster. Die Winde in der Stratosphäre nehmen zu; die Tropopause über der ­Antarktis senkt sich ab, was unmittelbare Veränderungen des Wettergeschehens nach sich zieht. Die Tropopause beeinflusst auch, auf welche Weise sich Hoch- und Tiefdruckgebiete aneinanderreihen und ausbreiten. So ist das Westwind-Band über dem Süd­polarmeer weiter nach Süden gewandert, wodurch sich die Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse in manchen Küstengebieten der Antarktis verändert haben, vor allem im Sommer.
Seit der Entdeckung des Ozonlochs im Jahr 1985 sind beispielsweise die Sommertemperaturen entlang der Antarktischen Halbinsel deutlich gestiegen, bei gleichzeitigem Rückgang der Meereisbedeckung. Vor allem in der Bellingshausensee und in den Gewässern westlich und nordöstlich der Antarktischen Halbinsel verzeichnen Forscher eine deutlich verkürzte Meereisbedeckung als noch vor 30 Jahren. Wissenschaftler haben außerdem festgestellt, dass sich im Schatten der Westwinde auch Sturmpfade und Regengebiete aus den mittleren Breiten Richtung Süden verschoben haben. Beide beeinflussen die Wassertemperatur und die Strömungsverhältnisse des Südpolarmeers. Heutzutage wird zum Beispiel deutlich mehr Wasser in der Antarktis umgewälzt als noch in den 1990er-Jahren. Weiter nördlich, in den Subtropen, hat sich im Zuge des Wandels die Hadley-Zelle vergrößert. Außerdem regnet es dort mehr. Die klimatischen Auswirkungen des Ozonabbaus in der antarktischen Stratosphäre reichen demzufolge weit über die Grenzen der Antarktis hinaus.

Kaum Ozonlöcher in der Arktis

Meldungen über Ozonverluste über der Arktis gibt es nur in seltenen Fällen, weil die Stratosphäre im hohen Norden deutlich wärmer ist als in der Antarktis und der nördliche Polarwirbel eine sehr viel geringere Stabilität aufweist. Deshalb stellen sich nur in wenigen Ausnahmefällen jene superkalten Bedingungen ein, die zur Ent­stehung polarer Stratosphärenwolken unbedingt benötigt werden. Auffallend geringe Ozonkonzentrationen über der Arktis beob­achteten Wissenschaftler beispielsweise im Frühling 2011 sowie im Januar und Februar 2016, als die Temperatur in der Stratosphäre auf bis zu minus 90 Grad Celsius sank und mehr als ein Viertel des Ozons zerstört wurde.

Ein Abkommen zeigt Wirkung

Insgesamt aber nimmt die Ozonkonzentration in der ­Stratosphäre seit einigen Jahren wieder zu. Diese positive Entwicklung ist auf die Unterzeichnung und Umsetzung des Montrealer Protokolls zurückzuführen, mit dem am 16. September 1987 die Produktion verschiedener ozonzerstörender Stoffe weltweit eingeschränkt oder verboten wurde. Modellsimulationen haben gezeigt, dass sich ohne dieses Produktionsverbot bereits im Jahr 2011 ein großes Ozonloch über der Arktis gebildet hätte. Kleinere Löcher in der arktischen Ozonschicht wären unter diesen Umständen zum jetzigen Zeitpunkt ein wiederkehrendes ­Phänomen gewesen.
Dank der internationalen Einigung aber ist die Menge ozonzerstörender Stoffe in der Atmosphäre gesunken, und die Ozonschicht der Erde erholt sich Schritt für Schritt. Außerhalb der Polarregionen sind zum Beispiel die Ozonwerte in der oberen Stratosphäre, also in einer Höhe von mehr als 40 Kilometern, seit dem Jahr 2000 um einige ­Prozentpunkte gestiegen. Forscher gehen bislang davon aus, dass sich die Ozonschicht über der nördlichen Hemisphäre bis zum Jahr 2030 erholen und auf das Niveau des Jahres 1980 steigen wird. Über der südlichen Hemisphäre wird dieser Prozess voraussichtlich 20 bis 30 Jahre länger dauern.
Das antarktische Ozonloch, welches sich dank des Montrealer Protokolls in den zurückliegenden Jahren nicht vergrößert hat, wird auch in den kommenden Jahren wiederkehren. Es sollte jedoch langsam kleiner werden und ab dem Jahr 2060 Geschichte sein – vorausgesetzt, alle Vorgaben des Montrealer Protokolls werden weiterhin eingehalten. Textende