Stratosphärische Partikel aus Biomasseverbrennung kompensierten rekordverdächtigen Ozonabbau über der Arktis im Frühjahr 2020

Waldbrandrauch und eine überraschende Ozonskepsis

Als bekannt wurde, dass die arktische Ozonschicht im Frühjahr 2020 rekordverdächtig geschädigt worden war, fürchteten viele, dass ein hart erkämpfter Umwelterfolg rückgängig gemacht werde. Diese Studie beleuchtet einen unerwarteten Akteur in diesem Geschehen: Rauch riesiger Waldbrände. Die Autorinnen und Autoren zeigen, dass Rauch, der hoch in die Atmosphäre über der Arktis gelangte, nicht nur wie befürchtet zur Ozonzerstörung beitrug — er veränderte auch Winde und Temperaturen auf eine Weise, die die Region teilweise vor noch schlimmerem Ozonschwund schützte.

Warum Ozon über der Arktis wichtig ist

Die Ozonschicht hoch in der Atmosphäre schützt das Leben auf der Erde vor schädlicher ultravioletter Strahlung. In Polargebieten bewirken Änderungen des Ozons mehr als nur eine Änderung des lokalen Sonnenbrandrisikos; sie können großräumige Wetterlagen über der Nordhemisphäre beeinflussen. In den letzten Jahren richtete sich die Aufmerksamkeit nicht mehr nur auf vom Menschen verursachte Chemikalien, sondern auch auf neue Bedrohungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel, etwa die Zunahme riesiger Waldbrände in borealen Wäldern. Rauch solcher Brände kann bis in die Stratosphäre aufsteigen, dieselbe Schicht, in der sich der größte Teil des Ozons befindet. Bislang konzentrierte sich die Forschung überwiegend darauf, wie solcher Rauch ozonzerstörende Chemie beschleunigt, vor allem in der Nähe der Antarktis. Weniger bekannt war, welche Wirkungen er auf das Ozon über der sich schnell erwärmenden Arktis hat.

Rauch hoch über der Arktis

Anhand detaillierter Satellitenbeobachtungen stellten die Autorinnen und Autoren fest, dass die arktische Stratosphäre im Spätsommer und Herbst 2019 ungewöhnlich dunstig war. Die Menge an lichtblockierenden Partikeln dort war im Vergleich zu typischen Jahren mehr als doppelt so hoch. Mehrere Beweislinien — das unterschiedliche Verhalten der Partikel bei verschiedenen Lichtfarben, das Fehlen vulkanischer Gase und eine charakteristische Erwärmung der unteren Stratosphäre — deuteten auf Rauch intensiver sibirischer Waldbrände hin, nicht auf einen Vulkanausbruch. Nur wenige Monate später, im Frühjahr 2020, erlebte die Arktis den stärksten Ozonabbau in mehr als vier Jahrzehnten von Messungen, unter außergewöhnlich kalten, stabilen Bedingungen im Polarwirbel, die ozonzerstörende Chemie begünstigen.

Simulation einer ungewöhnlichen Kettenreaktion

Um diese Abfolge zu entwirren, nutzte das Team ein anspruchsvolles Erdsystemmodell, das sowohl atmosphärische Chemie als auch Wetter simuliert. Sie führten eine Reihe von Experimenten durch, bei denen sie entweder Brandemissionen einbezogen oder ausschlossen und die Höheneinbringung des Rauchs so anpassten, dass sie den Satellitenbeobachtungen entsprach. Durch den Vergleich dieser Läufe konnten sie die Effekte rauchgetriebener chemischer Reaktionen von den Einflüssen auf Temperatur und Winde trennen. Überraschenderweise zeigten ihre besten Simulationen, dass der Rauch von 2019 im Frühjahr 2020 zu einem netto höheren Gesamtozon über der Arktis führte — um etwa 11,5 Dobson‑Einheiten, was ungefähr 19 Prozent des beobachteten Verlustes ausglich.

Rauch, der sowohl schadet als auch hilft

Das Entscheidende ist die doppelte Wirkung des Rauchs. Einerseits bieten die Partikel Oberflächen, die Chlor in reaktive Formen umwandeln, die Ozon leichter zerstören, was zu zusätzlichem Ozonverlust führt. Das Modell legt nahe, dass dieser chemische Weg allein den arktischen Ozongehalt im Frühjahr 2020 um etwa 6 Dobson‑Einheiten hätte verringern können. Andererseits absorbiert der Rauch Sonnenlicht und erwärmt die untere Stratosphäre. Diese Erwärmung verändert die großräumige Zirkulation, verstärkt den Zustrom ozonreicher Luft aus niedrigeren Breiten in Richtung Arktis und erhöht die Abwärtsbewegung über dem Pol. Diese dynamische Reaktion erhöht das Ozon um rund 18 Dobson‑Einheiten — mehr als genug, um die chemischen Verluste in den Simulationen zu überkompensieren. Ohne diese zirkulationsbedingte Auffüllung schätzen die Autorinnen und Autoren, dass Teile der Arktis kurzzeitig die traditionelle „Ozonloch“‑Schwelle, wie sie für die Antarktis verwendet wird, hätten überschreiten können.

Wie Feuer und Wetter zusammenwirken

Die Studie geht auch der Frage nach, warum gerade 2019 so besonders war. Die Autorinnen und Autoren zeigen, dass nicht allein die Rauchmenge entscheidend war, sondern wo und wann sie entstand und wie die Winde liefen. 2019 brannte ein ungewöhnlich großer Anteil extremer sibirischer Brände weit nördlich, und ein starker Zyklon hoch in der Atmosphäre half, Rauch in die obere Luft zu heben und in die Arktis zu lenken. In anderen jüngeren Jahren mit intensiven Bränden hielten unterschiedliche Windmuster den Rauch in niedrigeren Breiten gefangen. Das bedeutet, dass künftige Einflüsse auf das arktische Ozon von der zufälligen Zusammenkunft extremer Feuersaisons mit bestimmten Zirkulationsmustern abhängen werden — nicht nur von der reinen Brandintensität.

Was das für eine sich erwärmende Welt bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die Hauptbotschaft: Stratosphärischer Waldbrandrauch ist ein neues und komplexes Element in der Ozondebatte. In diesem Fall trug der Rauch sowohl zur Ozonzerstörung bei als auch — in noch stärkerem Maße — zur Umgestaltung atmosphärischer Strömungen, sodass mehr Ozon in die Arktis transportiert wurde und der Schlag eines extremen Abbauereignisses abgeschwächt wurde. Wenn der Klimawandel häufiger und stärkere boreale Brände begünstigt und möglicherweise ihre räumliche Verteilung und die Windreaktionen verändert, könnten solche Episoden häufiger werden. Zu verstehen, wie dieses Tauziehen — zwischen rauchgetriebener Chemie, die Ozon abbaut, und rauchgetriebener Zirkulation, die es teilweise schützt — funktioniert, wird entscheidend sein, um künftige ultraviolette Belastung und Klima­rückkopplungen im hohen Norden vorherzusagen.

Zitation: Zhong, Q., Veraverbeke, S., Yu, P. et al. Stratospheric biomass burning aerosols compensate record-breaking ozone depletion over the Arctic in spring 2020. Nat Commun 17, 1993 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69728-y

Schlüsselwörter: Arktisches Ozon, Waldbrandrauch, stratosphärische Aerosole, Klimawandel, boreale Brände