Die Ozonschicht erholt sich – ein Erfolg, der vor 40 Jahren mit dem Wiener Übereinkommen seinen Anfang nahm. Für den Erfolg entscheidend sind auch weltweite Messungen der ozonschichtabbauenden Substanzen.
Am 22. März jährt sich das Wiener Übereinkommen zum Schutz der Ozonschicht zum 40. Mal. Dieses internationale Abkommen legte 1985 den Grundstein für den weltweiten Schutz der stratosphärischen Ozonschicht – und bildete die Basis für das später verabschiedete Montreal Protokoll, das den schrittweisen Ausstieg aus ozonschichtabbauenden Substanzen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) regelt. Dank kontinuierlicher wissenschaftlicher Überwachung und politischer Massnahmen hat sich die Ozonschicht inzwischen erholt.
Jungfraujoch – Leuchtturm der weltweiten Messstationen
Seit 25 Jahren messen Empa-Forschende auf dem Jungfraujoch ozonschichtabbauende Substanzen und Treibhausgase. Ein globales Messprogramm wurde jedoch bereits 1978 aufgebaut, noch bevor das Ozonloch entdeckt wurde. Heute ist die hochalpine Forschungsstation auf dem Jungfraujoch Teil des internationalen «Advanced Global Atmospheric Gases Experiment» (AGAGE)-Netzwerks, das weltweit mehr als zehn Messstationen umfasst. «Insgesamt erfassen wir hier rund 50 verschiedene Spurengase – von ozonschichtabbauenden Substanzen bis hin zu reinen Treibhausgasen. Kontinuierliche Messungen sind entscheidend, um die Entwicklung dieser Substanzen in der Atmosphäre nachzuvollziehen und abzuschätzen, welche Mengen durch menschliche Aktivitäten freigesetzt werden», sagt der Empa-Atmosphärenwissenschaftler Stefan Reimann.
Auf dem Jungfraujoch interessieren sich die Empa-Forschenden für zwei Arten von Luftmassen: einerseits saubere, kaum von europäischen Emissionen beeinflusste Luft, die beispielsweise vom Atlantik stammt. Sie dient als Referenz für die Hintergrundbelastung der nördlichen Hemisphäre und macht globale Trends der Halogenkohlenwasserstoffe sichtbar. Andererseits erreicht die hochalpine Messstation auch regional verschmutzte Luft, die Emissionen einzelner Regionen oder Länder sichtbar macht. Ein typisches Beispiel dafür sind laut Empa-Forscher Martin Vollmer starke Südwinde, die in der Schweiz als Föhn bekannt sind. «Bei solchen Wetterlagen gelangt Luft aus der stark industrialisierten und dicht besiedelten Po-Ebene in Norditalien bis zum Jungfraujoch. Diese Luftmassen enthalten oft viele Schadstoffe, die wir hier detailliert analysieren, um ihre Quellen und Verbreitung besser zu verstehen.»
Schlüsselrolle bei der Entdeckung neuer ozonschichtabbauender Substanzen
Neben der Überwachung bekannter Substanzen spielt das Jungfraujoch eine Schlüsselrolle bei der Entdeckung neuer ozonschichtabbauender sowie anderer halogenierter Verbindungen, die das Klima beeinflussen. Auf der hochalpinen Messstation wurden etwa erstmals halogenierte Anästhetika und viele neue Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) gemessen, die mittlerweile in einer Erweiterung zum Montreal Protokoll geregelt sind. Zudem konnten Empa-Forschende neue Ersatzstoffe für die verbotenen FCKWs nachweisen, die sogenannten Hydrofluorolefine (HFOs). Darüber hinaus gelang ihnen der weltweit erste Nachweis von Substanzen, die ausschliesslich als Nebenprodukte industrieller Herstellungsprozesse in die Atmosphäre gelangen. «Da einige dieser Stoffe ebenfalls die Ozonschicht beeinträchtigen, helfen unsere Messungen mögliche Lücken im Montreal Protokoll aufzudecken und dessen Wirksamkeit langfristig zu sichern», erläutert Reimann.
Für die Entdeckung neuer Stoffe ist eine kontinuierliche Überwachung essenziell. Sobald Empa-Forschende eine neue Verbindung als relevant einstufen, wird sie in das AGAGE-Netzwerk sowie in andere Messprogramme aufgenommen. «Bei neuen Substanzen sind anfänglich Verschmutzungen oft selten. Erst wenn sie regelmässig in die Atmosphäre gelangen, lassen sich grössere Emissionen und deren Quellen erkennen», sagt Alina Begley, die als Postdoktorandin an der Empa neue ozonschichtabbauende Substanzen aufspürt. «Als hier beispielsweise 2011 das Hydrofluorolefin HFO-1234yf erstmals erfasst wurde, war die Konzentration noch sehr niedrig. Heute ist es der weltweit meistgenutzte Kältemittelbestandteil in Klimaanlagen von Autos.»
Kalibrierung fürs weltweite Messnetz
Das Herzstück der Forschungsstation auf dem Jungfraujoch ist das «Medusa»-Messsystem – ein speziell für das AGAGE-Netzwerk entwickelter Gaschromatograph-Massenspektrometer, der zahlreiche Spurengase in der Atmosphäre automatisch misst. Um selbst geringste Konzentrationen ozonschichtabbauender Substanzen exakt zu bestimmen, sind standardisierte Kalibrierungsverfahren unerlässlich. Dafür nutzt Empa-Forscher Vollmer saubere Referenzluft, die vom «Scripps Institution of Oceanography» in Kalifornien bereitgestellt wird. «Damit kalibrieren wir alle Messgeräte im Netzwerk, um selbst extrem niedrige Konzentrationen – bis hin zu einem Milliardstel der CO₂-Konzentration – präzise zu erfassen».
