Seit den 1930er Jahren kamen Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zum Einsatz, etwa als Treibgas für Sprühdosen und in der Herstellung von Schäumen, als Kühlmittel für Kühlschränke und Gefriertruhen oder als Reinigungsmittel. Doch in den 1980er Jahren stellte sich heraus, dass FCKWs die Ozonschicht schädigen, die die Erde vor der UV-Strahlung der Sonne schützt. Über dem Südpol hatte sich ein Ozonloch gebildet, das bis heute im antarktischen Frühjahr auftritt. Seit 1995 sind FCKWs deshalb in Industrienationen verboten, seit 2010 weltweit. Die schädlichen Chemikalien verbleiben aber noch für Jahrzehnte in der Atmosphäre und verlangsamen die Erholung der Ozonschicht.
Im Dezember 2019 und Januar 2020 brannten im Osten Australiens verheerende Buschfeuer. Mehrere Millionen Hektar Land gingen in Flammen auf und rund 900.000 Tonnen Rauch stiegen bis in die Stratosphäre auf. Satellitendaten zeigten, dass damit gravierende Veränderungen der Atmosphärenchemie einhergingen, darunter ein deutlicher Rückgang der Ozonwerte. Auf welche Weise der Rauch der Waldbrände allerdings der Ozonschicht schadete, war zunächst unklar.
Waldbrand-Aerosole starten chemische Kaskade
Ein Team um Susan Solomon vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge hat nun aufgedeckt, welche chemischen Reaktionen durch die Rauchpartikel ausgelöst werden und zum Ozonabbau führen. „Wir kommen zu dem Ergebnis, dass das Aerosol der Waldbrände, das eine Mischung aus oxidierten organischen Stoffen und Schwefelverbindungen enthält, reaktive Chlorspezies in der Stratosphäre aktiviert, und so die Ozonabbauraten erhöht“, erklärt das Team.
Bereits 2022 hatten Solomon und ihr Team eine Studie veröffentlicht, der zufolge chlorhaltige Verbindungen, die ursprünglich in Form von FCKWs in die Stratosphäre gelangt waren, mit der Oberfläche von Waldbrand-Aerosolen reagieren können. Diese Wechselwirkung setzt eine chemische Kaskade in Gang, bei der Chlormonoxid entsteht – ein Molekül, das stark Ozon reagiert und es abbaut. „Aber das erklärt nicht alle Veränderungen, die in der Stratosphäre beobachtet wurden“, sagt Solomon. „Es gab eine ganze Reihe von chlorbezogenen chemischen Reaktionen, die völlig aus dem Ruder gelaufen sind.“
Reaktionen mit Salzsäure
Für die aktuelle Studie analysierten die Forschenden die Zusammensetzung der Moleküle in der Stratosphäre nach den Waldbränden genauer. Anhand von drei unabhängigen Sätzen von Satellitendaten stellten sie fest, dass nach den Bränden die Konzentration von Salzsäure (HCl) in der Stratosphäre in mittleren Breiten deutlich zurück ging, also in Regionen, die über Australien, Neuseeland und Teilen Afrikas und Südamerikas liegen. Gleichzeitig schnellten die Werte von Chlormonoxid (ClO) in die Höhe. „Die Tatsache, dass der HCl-Gehalt in den mittleren Breitengraden in einem noch nie dagewesenen Ausmaß abnahm, war für mich eine Art Gefahrensignal“, sagt Solomon.
