Eine neue Studie der Harvard University zeigt, dass die schützende stratosphärische Ozonschicht über den zentralen Vereinigten Staaten in den Sommermonaten anfällig für Erosion durch ozonschädigende chemische Reaktionen ist, wodurch Menschen, Vieh und Nutzpflanzen den schädlichen Auswirkungen der UV-Strahlung ausgesetzt werden.
Starke Sturmsysteme in den Great Plains injizieren Wasserdampf, der bei beobachteten Temperaturschwankungen dieselben chemischen Reaktionen über den zentralen Vereinigten Staaten auslösen kann, die die Ursache für den Ozonverlust über den Polarregionen sind, heißt es in einem neuen, in den Proceedings veröffentlichten Artikel der Nationalen Akademie der Wissenschaften .
Die von James G. Anderson , dem Philip S. Weld-Professor für Atmosphärenchemie an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und dem Department of Earth and Planetary Sciences , geleitete Arbeit kam zu dem Schluss, dass die Ozonkonzentrationen in der Stratosphäre über dem Meeresspiegel liegen Die Vereinigten Staaten sind im Sommer sowohl einem Anstieg des Wasserdampfs als auch den beobachteten Temperaturschwankungen durch Sturmsysteme über den Great Plains ausgesetzt. Es wird erwartet, dass der Klimawandel mit einer zunehmenden Häufigkeit und Intensität dieser Sturmsysteme sowie einem längerfristigen Rückgang der Stratosphärentemperaturen einhergeht.
Anhand umfangreicher Flugzeugbeobachtungen in der arktischen Stratosphäre aus den frühen 2000er Jahren legten die Forscher den chemischen Rahmen fest, der erhöhte Ozonverlustraten in Bezug auf Temperatur und Wasserdampf definiert. Dann nutzten sie aktuelle NEXRAD-Wetterradarbeobachtungen, um zu zeigen, dass durchschnittlich 4000 Stürme jeden Sommer in die Stratosphäre über den zentralen Vereinigten Staaten eindringen, was weitaus häufiger vorkommt als bisher angenommen.
Durch diese Kombination von Umständen ist die Stratosphäre über Staaten wie Texas, Oklahoma, Kansas, Nebraska, Iowa, Missouri, den Dakotas und Staaten, die an die Great Plains grenzen, dem Risiko chemischer Reaktionen ausgesetzt, die im Sommer zum Ozonabbau führen und möglicherweise zu einer höheren Belastung führen gegen schädliches UV-Licht der Sonne.
„Diese Entwicklungen waren bisher nicht vorhersehbar und stellen eine wichtige Änderung in der Einschätzung des Risikos einer zunehmenden UV-Strahlung über den zentralen USA im Sommer dar“, sagte Mario J. Molina von der University of California San Diego, der Nobelpreisträger von 1995 Stratosphärenchemie, der an dieser Forschung nicht beteiligt war.
Stratosphärisches Ozon ist einer der heikelsten Aspekte der Bewohnbarkeit auf dem Planeten. In der Stratosphäre ist nur geringfügig genug Ozon vorhanden, um Menschen, Tiere und Nutzpflanzen vor UV-Strahlung zu schützen. Medizinische Untersuchungen speziell für die Vereinigten Staaten haben ergeben, dass ein Rückgang der Ozonmenge in der Stratosphäre um 1 Prozent einem Anstieg der Inzidenz von Hautkrebs beim Menschen um 3 Prozent entspricht. Allein in den USA werden jedes Jahr 3,5 Millionen neue Fälle von Hautkrebs gemeldet. Somit gäbe es in den Vereinigten Staaten für jede Reduzierung des Ozons um 1 Prozent jedes Jahr weitere 100.000 neue Fälle von Hautkrebs.
„Gewitter, die die Stratosphäre mit Feuchtigkeit versorgen, können erhebliche lokale und regionale Auswirkungen auf den Strahlungshaushalt und das Klima der Erde haben“, sagte Cameron R. Homeyer von der University of Oklahoma, einer der Mitforscher der Studie. „Diese Arbeit demonstriert unser zunehmendes Wissen über solche Stürme anhand bodengestützter und luftgestützter Beobachtungen und bewertet ihr Potenzial für den Abbau des stratosphärischen Ozons jetzt und in der Zukunft.“ Die Ergebnisse begründen stark die Notwendigkeit verstärkter meteorologischer und chemischer Beobachtungen solcher Stürme.“
„Jedes Jahr werden in den Polarregionen starke Verluste an stratosphärischem Ozon verzeichnet, die auf Chlor und Brom zurückzuführen sind, die der Atmosphäre durch industrielle Fluorchlorkohlenwasserstoffe und Halone hinzugefügt werden“, sagte Steven C. Wofsy, Abbott Lawrence Rotch-Professor für Atmosphären- und Umweltwissenschaften am SEAS Co-Autor der Studie. „Das neue Papier zeigt, dass die gleiche Art von Chemie über den zentralen Vereinigten Staaten auftreten könnte, ausgelöst durch Sturmsysteme, die Wasser einbringen, oder den nächsten Vulkanausbruch oder durch steigende Werte von atmosphärischem Kohlendioxid. Wir wissen noch nicht, wie nahe wir dieser Schwelle sind.“
Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat die chemischen Reaktionen beobachtet, die im Winter über den Polarregionen das Ozon angreifen, aber die wichtige Kombination von Beobachtungen, die die Ursache und die Rate des stratosphärischen Ozonverlusts definieren, wurde im Sommer in den zentralen USA nie gemacht. Dies stellt einen großen Mangel in der Fähigkeit der Forscher dar, einen Anstieg der UV-Strahlung vorherzusagen, der aus einem Vulkanereignis oder einem Klimawandel jetzt und in den kommenden Jahren resultieren könnte.
„Im Gegensatz zum großen kontinentalen Ozonverlust, der im Winter über den Polarregionen auftritt und beispielsweise durch den Begriff „Antarktisches Ozonloch“ charakterisiert wird, sind die Umstände über den zentralen USA im Sommer ganz anders“, sagte Anderson. „Insbesondere aufgrund der sehr häufigen sturmbedingten Injektionsereignisse, die in Studien an der Texas A&M und der University of Oklahoma unter Verwendung fortschrittlicher Radarmethoden detailliert beschrieben wurden, erfordert diese Struktur aus stark lokalisierten, aber zahlreichen Regionen mit potenziellem Ozonverlust sorgfältig festgelegte Beobachtungsstrategien und eine systematische Überwachung um die Grundlage für genaue wöchentliche Prognosen des Ozonverlusts zu schaffen.“
Die Forscher fordern eine umfassende Charakterisierung der Stratosphäre über den zentralen Vereinigten Staaten, um kurz- und langfristige Ozonverluste im Zusammenhang mit der zunehmenden Häufigkeit und Intensität von Sturmsystemen, höheren Konzentrationen von atmosphärischem Kohlendioxid und Methan und anderen Faktoren vorherzusagen .