4 stratosphärischer ozonabbau

Sechster Umweltkontrollbericht – 4. Stratosphärischer Ozonabbau
4
179
STRATOSPHÄRISCHER OZONABBAU
Kurzfassung
Die Menge des stratosphärischen Ozons und die Abnahme der Ozonschicht variieren im Jahresverlauf
und in Abhängigkeit vom Breitengrad. Der Ozonabbau machte über der Antarktis (südlich des 65. Breitengrades) in den 90er Jahren bis zu 60 % aus, während über arktischen Regionen in den Monaten Februar
bis April Ozonverluste von 20 bis 25 % beobachtet wurden. In den mittleren Breitengraden der nördlichen
Hemisphäre betrug der Ozonabbau im Winter und Frühling 1997 5-6 %, im Sommer und Herbst rund 3 %
im Vergleich zu 1979. Die Ozonschicht über Österreich hat – gemittelt über die Jahre 1993 bis 1999 – um
8 % gegenüber dem langjährigen Monatsmittel der Jahre 1926 bis 1979 abgenommen.
Messungen in der Antarktis und abseits von großen Ballungszentren zeigen, dass der Ozonabbau zu einer Zunahme der für den Menschen (und andere Lebewesen) schädlichen UV-B Strahlung führt. Erhöhte
UV-B-Strahlung kann zu vorzeitiger Hautalterung und einem erhöhten Risiko für das Auftreten von Hautkrebs und Augenschäden führen; Kinder reagieren besonders empfindlich auf UV-Strahlung.
Hauptverursacher des Ozonabbaus sind Chlor- und Brom-Atome, die in Form von halogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und Halonen in die Stratosphäre gelangen. FCKW werden vor allem
als Kühlmittel, Lösungsmittel und Treibmittel eingesetzt, Halone finden überwiegend als Feuerlöschmittel
Verwendung. Als Reaktion auf den Ozonabbau in der Stratosphäre wurden internationale Abkommen geschlossen (das Montreal Protokoll und dessen Zusatzabkommen), die die Produktion und den Verbrauch
ozonabbauender Stoffe schrittweise einschränken bzw. verringern sollen. Mit Hilfe dieser Abkommen soll
sich die Ozonschicht bis Mitte des 21. Jahrhunderts wieder erholen. Allerdings werden als Ersatzstoffe für
ozonzerstörende Substanzen zunehmend teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW) verwendet,
die zwar keine ozonzerstörende Wirkung haben, aber stark treibhauswirksam sind.
In der EU trat am 1. Oktober 2000 die neue EU-Verordnung Nr. 2037/2000 über Stoffe, die zum Abbau
der Ozonschicht führen, in Kraft. Damit wird die Produktion, das Inverkehrbringen und die Verwendung
von ozonabbauenden Substanzen innerhalb der Gemeinschaft, sowie deren Ausfuhr in Drittländer gegenüber der alten EU-Verordnung Nr. 3093/1994 verschärft.
In Österreich wurde die Verwendung von FCKW Anfang der 90er Jahre schrittweise verboten, wobei
Ausnahmen für bestimmte technisch noch nicht ersetzbare Anwendungen bestehen. Die Verwendung
von Halonen ist in Österreich für Neuinstallationen seit 1991 verboten. Seit 1. Jänner 2000 ist auch das
Befüllen und Nachfüllen von Feuerlöschern und Löschanlagen mit Halonen verboten, wobei die im Jahr
2000 erlassene Halonbankverordnung die sachgerechte Verwendung der bestehenden Halonbestände
regelt. Verwendungsverbote von teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen (H-FCKW) wurden in
Österreich auf Grundlage des Ausstiegsplans der alten EU-Ozonverordnung mit früheren Verbotsterminen für bestimmte Anwendungsbereiche beschlossen.
Dank der Maßnahmen hat der Verbrauch von FCKW in Österreich seit Anfang der 90er Jahre stark abgenommen. Auch der Verbrauch von FCKW-Ersatzstoffen scheint in Summe bis 1996 leicht zurückgegangen zu sein. Seit 1996 zeigen die Zahlen allerdings wieder steigende Tendenz, wobei insbesondere
einige Anwendungen der treibhauswirksamen H-FKW starke Wachstumsraten aufweisen.
4.1
Globales Problem
Nützliches und schädliches Ozon
Ozon (O3) kommt im Wesentlichen in zwei Teilen der Erdatmosphäre vor (vgl. Abb. 1): etwa 90 % befinden
sich in der Stratosphäre in rund 10 bis 50 km Höhe. Das stratosphärische Ozon wird auch als „Ozonschicht“ bezeichnet. Das restliche Ozon befindet sich im unteren Teil der Erdatmosphäre, der Troposphäre.
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Atmospheric Ozone
Altutude (kilommeters)
35
30
Stratospheric Ozone
(The Ozone Layer)
25
20
15
10
Tropospheric Ozone
„Somg“ Ozone
5
0
• Contains 90% of Atmospheric Ozone
• Beneficial Role: Acts as Primary UV
Radiation Shield
• Current Issius:
– Long-Term Global Downward Trends
– Springtime Antarctic Ozone Hole
Each Year
– Springtime Arctic Ozone Losses
in Several Recent Years
• Contains I0% of Atmospheric Ozone
• Harmful Impact: Toxic Effects on
Humans and Vegetation
• Current Issues:
– Episodes of High Surface Ozone
in Urban and Rural Areas
5 10 15 20 15
Ozone Amount
(pressure, milli-Pascals)
Quelle: WMO (1998)
Abb. 1: Ozon in der Atmosphäre.
Die Ozonmoleküle in beiden Schichten der Erdatmosphäre sind identisch, haben aber vollkommen unterschiedliche Effekte auf Mensch und Ökosystem. Das stratosphärische Ozon absorbiert den Großteil der
schädlichen UV-B Strahlung der Sonne und ist damit eine Voraussetzung für die Existenz von Leben auf
der Erde.
Allerdings ist Ozon, wenn es mit Lebewesen in direkten Kontakt tritt, aufgrund seiner großen chemischen Reaktivität sehr schädlich. Deshalb hat Ozon in der Troposphäre (bodennahes Ozon) negative
Effekte auf die menschliche Gesundheit und das Ökosystem. Diese doppelte Rolle des Ozons führt zu
zwei unterschiedlichen Umweltproblemen:
(1) die Abnahme des stratosphärischen Ozons, die vor allem durch die anthropogen emittierten halogenierten Kohlenwasserstoffe FCKW, H-FCKW, Halone und Methylbromid verursacht wird;
(2) die Zunahme des troposphärischen Ozons, das mengenmäßig wichtigster Bestandteil des photochemischen Smogs ist und das durch die Einwirkung von Sonnenlicht vor allem aus den Vorläufersubstanzen flüchtige organische Verbindungen (VOC) und Stickstoffoxide (NOx) entsteht. (vgl.
Kap. 2.4).
Bildung und Verteilung von stratosphärischem Ozon
Ozon wird in der Stratosphäre durch die ultraviolette Strahlung (UV) der Sonne gebildet. Kurzwellige UVStrahlung (Wellenlänge < 240 nm) spaltet ein Sauerstoffmolekül (O2), worauf sich ein O-Atom mit einem
O2-Molekül zu einem Ozon-(O3-)Molekül verbindet. Ozon wird seinerseits durch UV-Strahlung mit Wellenlängen < 310 nm wieder gespalten. Durch diese Reaktionen wird die kurzwellige UV-Strahlung, die für
lebende Zellen schädlich ist, praktisch vollständig absorbiert und erreicht die Erdoberfläche nicht.
Die Bildung von stratosphärischem Ozon ist entsprechend der Sonneneinstrahlung in niedrigen Breiten
am stärksten. Auf Grund von Transportprozessen in der Stratosphäre wird ozonreiche Luft in höhere
Breiten verfrachtet, sodass das meiste Ozon in Regionen von 50° bis 60° nördlicher bzw. südlicher Breite
gemessen wird, wo die Ozonsäule ca. 400 DU bzw. 350 DU ausmacht, während in Äquatornähe ca.
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250 DU gemessen werden. Die Maßeinheit DU (Dobson units) für die Ozonsäule ist derart definiert, dass
unter Druck- und Temperaturverhältnissen auf Meeresniveau 1 DU einer Ozonschichtdicke von 1 Millimeter entspricht.
Die Abnahme der Ozonschicht
Messungen der Gesamtmenge des stratosphärischen Ozons (der stratosphärischen Ozonsäule) werden
an einigen europäischen Observatorien seit den 20er Jahren durchgeführt, seit 1966 von Satelliten. Bei
relativ unregelmäßigem Verlauf lässt sich in den letzten Jahrzehnten tendenziell eine globale Abnahme
des stratosphärischen Ozons feststellen, die seit 1982 besonders auffällig war (bis -5 % vom Mittelwert
des Zeitraumes 1964-1980) und 1993 besonders stark (-9 %) war.
Die Menge des stratosphärischen Ozons und die Abnahme der Ozonschicht variieren im Jahresverlauf
und in Abhängigkeit vom Breitengrad. Besonders stark fällt der Abbau des stratosphärischen Ozons über
der Antarktis in den Monaten September bis November aus, wo im sog. „Ozonloch“ zeitweilig großflächig
unter 200 DU gemessen werden. Der Ozonabbau machte über der Antarktis (südlich ca. 65°S) in den
90er Jahren bis zu 60 % aus, während über arktischen Regionen in den Monaten Februar bis April Ozonverluste von 20 bis 25 % beobachtet wurden. In den tropischen Regionen (rund 20 Grad nördlich und
südlich des Äquators) findet kein oder nur sehr geringer Ozonabbau statt (vgl. Abb. 2). Im Jahr 1997 betrug
der Ozonabbau in den mittleren Breitengraden der nördlichen Hemisphäre im Winter und Frühling 5-6 %, im
Sommer und Herbst rund 3 % im Vergleich zu 1979. In den mittleren Breitengraden der südlichen Hemisphäre nahm die Ozonschicht über das ganze Jahr betrachtet um rund 5 % ab (WMO, 1998).
Schematic of the North-to-South Ozone Depletion: 1979-1997
0
Ozone Change (%)
-2
-4
-6
-8
-10
60
North
40
30
15
0
Latitude
15
30
40
60
South
Quelle: WMO (1998)
Abb. 2: Schematische Darstellung der Ausdünnung der Ozonschicht nach Breitengraden (1979-1997).
Im sehr kalten Winter 1999/2000 wurde über der Arktis der stärkste Ozonabbau in den 90er Jahren gemessen, nämlich eine lokale Reduktion von über 60 % (in einer Höhe von 18-20 km). Integriert über die
gesamte Ozonsäule lagen die Reduktionen bei 20-25 %, wobei die niedrigsten Ozonwerte im März gemessen wurden. Die durchschnittliche Ozonsäule über Europa lag 15 % unter den Durchschnittswerten
von vor 1976 (EORCU, 2000).
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Mechanismen und Ursachen des anthropogenen Ozonabbaus
Die Erkenntnisse über den verstärkten Abbau des stratosphärischen Ozons lösten intensive wissenschaftliche Bemühungen aus, um die Mechanismen und Ursachen des Ozonverlustes zu identifizieren.
Es stellte sich heraus, dass Chlor- und Brom-Radikale eine zentrale Rolle in den chemischen Prozessen
des Ozonabbaus spielen; diese Cl- und Br-Atome gelangen in Form halogenierter Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Halone in die Stratosphäre. Starker Ozonabbau findet vor allem innerhalb des abgeschlossenen Polaren Wirbels statt, welcher sich im Winter in der Stratosphäre über der Antarktis bildet.
In dieser abgeschlossenen Luftmasse können sich halogenierte Kohlenwasserstoffe im Winter anreichern.
Wesentlich für die Reaktionen von Cl und Br mit O3 ist die Bildung Polarer Stratosphärischer Wolken bei
sehr tiefen Temperaturen (unter –80 °C) und die Freisetzung der Cl- und Br-Radikale, sobald nach dem
südpolaren Winter Sonnenstrahlung den Polaren Wirbel erreicht; durch diese UV-Strahlung werden Clund Br-Atome aus den FCKW und Halonen freigesetzt und reagieren rasch mit O3. Da zudem auch kein
Ozontransport aus niedrigeren Breiten stattfindet, tritt der stärkste Ozonabbau zu Frühlingsbeginn über
hohen Breiten auf, und zwar vor allem in Höhen von 13 bis 23 km.
Da sich über der Nordpolarregion kein abgeschlossener Polarer Wirbel in der Stratosphäre bildet (dies
wird durch die komplexere Land-Meer-Verteilung der Nordhemisphäre verhindert), entsteht hier kein
großflächiges Ozonloch, das jenem über der Antarktis vergleichbar wäre. Allerdings konnten in den letzten
Jahren auch in nördlichen Breiten im Frühling kleinere „Ozonlöcher“ beobachtet werden, in denen kurzzeitig
ein Ozonabbau um 20 bis 25 % auftrat.
Als Hauptverursacher des vom Menschen verursachten Ozonabbaus wurden Fluorchlorkohlenwasserstoffe
(FCKW) bzw. bromhaltige Halone identifiziert. FCKW und Halone als Träger der Cl- und Br-Atome sind
chemisch reaktionsträge Substanzen, die aus der Troposphäre – der untersten Schicht der Atmosphäre –
langsam in die Stratosphäre gelangen und dort lange verweilen. FCKW werden vor allem als Kühlmittel,
Lösungsmittel und Treibmittel eingesetzt, Halone finden überwiegend als Feuerlöschmittel Verwendung.
Als Reaktion auf den Ozonabbau in der Stratosphäre werden vermehrt H-FCKW und H-FKW anstelle von
FCKW eingesetzt. H-FKW haben zwar keine ozonzerstörende Wirkung, aber sie sind stark treibhauswirksam (vgl. Tab. 1 und Kap. 3).
Tab. 1: Hauptverursacher des Ozonabbaus und Ersatzstoffe.
Ozonzerstörendes Potenzial
(FCKW-11 = 1)
Substanzen
Einsatzgebiete
FCKW
Vollhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe bestehen aus Chlor, Fluor und
Kohlenstoff
Kühlmittel,
Lösungsmittel,
Treibmittel für Schaumstoffe
0,6-1
Halone
bestehen aus Brom, Fluor und Kohlenstoff
Feuerlöschmittel
3-10
H-FCKW
Teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe bestehen aus Chlor, Fluor, Kohlenstoff und Wasserstoff
Werden als Ersatzstoffe
für FCKW verwendet
0,01-0,1
Sie haben kürzere atmosphärische
Verweilzeiten und geringere Kapazitäten als FCKW, reaktives Chlor
in der Stratosphäre freizusetzen
Methylbromid
besteht aus Brom, Kohlenstoff und
Wasserstoff
Pestizide
0,6
H-FKW
Teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe
bestehen aus Fluor, Kohlenstoff und
Wasserstoff
Werden als Ersatzstoffe
für FCKW und H-FCKW
verwendet
Kein ozonzerstörendes Potenzial,
aber stark treibhauswirksam
Quelle: EPA (2000)
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Das Vorkommen ozonabbauender Substanzen in der Atmosphäre
Die Konzentration ozonabbauender Substanzen in der Troposphäre erreichte ihre höchsten Werte um
1994 und geht seitdem in Summe langsam zurück. Vor allem die Konzentration chlorhaltiger Verbindungen in der unteren Atmosphäre geht zurück, während die Konzentration bromhaltiger Verbindungen immer noch zunimmt. Der Rückgang bei Chlor ist zum Großteil auf den verringerten Einsatz von
Methylchloroform (Industrielösungsmittel) zurückzuführen, während Chlor aus FCKW immer noch
leicht ansteigt. Das Vorkommen der meisten Halone steigt weiter (beispielsweise Halon-1211 fast 6 %
pro Jahr), allerdings hat sich auch deren Wachstum in den letzten Jahren verlangsamt.
Das Vorkommen von H-FCKW und H-FKW, die als Ersatzstoffe für FCKW verwendet werden, steigt
weiter an. Ihr ozonzerstörendes Potenzial ist beträchtlich niedriger als jenes der FCKW, allerdings ist
ihr Treibhausgaspotenzial sehr hoch.
Die Konzentration von Chlor- und Bromverbindungen in der Stratosphäre soll vor dem Jahr 2000 ihren
maximalen Wert erreicht haben. Die Verzögerung gegenüber dem Maximum in der Troposphäre liegt
an der langen Zeit, die die bodennah emittierten Substanzen benötigen, um von der Troposphäre in die
untere Stratosphäre zu gelangen (WMO, 1998).
Steigerung der bodennahen UV-B Belastungen durch den Ozonabbau
Die Sonne emittiert Strahlung in verschiedensten Wellenlängen, u. a. energieintensive UV-B-Strahlung,
die Gesundheitsschäden bei Lebewesen auslösen (beim Menschen: Sonnenbrand, Hautkrebs, Augenschäden). Die Stärke der bodennahen UV-B-Strahlung hängt neben dem Einfallswinkel der Strahlen und
lokalen Bedingungen (Wetter, Luftverschmutzung) vor allem von der Ozonmenge in der Atmosphäre ab,
da die Ozonschicht den Großteil der schädlichen UV-B-Strahlung absorbiert. Messungen in der Antarktis,
wo der Ozonabbau am stärksten ist, und abseits von großen Ballungszentren haben gezeigt, dass der
Ozonabbau mit einer Zunahme der bodennahen UV-B Strahlung verbunden ist.
Entwicklung der Ozonschicht
Im Jahr 1987 wurde das Montreal Protokoll zur Wiener Konvention zum Schutz der Ozonschicht mit dem
Ziel unterzeichnet, die Produktion und den Verbrauch ozonabbauender Stoffe schrittweise einzuschränken bzw. zu verringern. Wenn das Montreal Protokoll und seine Zusatzabkommen voll eingehalten werden, könnte sich die Ozonschicht schrittweise bis Mitte des 21. Jahrhunderts wieder erholen (d. h. das Niveau von vor 1980 erreichen. Abbildung 3 zeigt vergangene und prognostizierte Konzentrationen von
ozonabbauenden Chlor- und Bromverbindungen in der Stratosphäre je nach Umsetzung der internationalen Abkommen. Ohne das Montreal Protokoll und dessen Zusatzvereinbarungen hätten sich die Chlorund Bromkonzentrationen in der Stratosphäre bis 2050 auf Basis 1980 verzehnfacht. Im Gegensatz dazu
könnte mit den gegenwärtigen internationalen Abkommen die Konzentration der ozonabbauenden Substanzen in der Atmosphäre schrittweise reduziert werden. Der langsame Rückgang der ozonabbauenden
Substanzen in der Stratosphäre ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die meisten der FCKW und
Halone atmosphärische Verweilzeiten von rund 50 bis einige hundert Jahre haben. Allerdings ist die Erholung der Ozonschicht auch noch von anderen Faktoren abhängig, wie dem atmosphärischen Vorkommen
von Methan, Lachgas und Sulfatpartikeln, und nicht zuletzt von der Klimaerwärmung (vgl. Kap. 3).
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Abundance (parts per billion)
20
No Protocol
Montreal
1987
15
10
London
1990
5
Copenhagen 1992
Vienna
1995
Montreal 1997
0
1980
1980
1980
1980
Year
1980
1980
2100
Quelle: WMO (1998)
Abb. 3:
Effekte der internationalen Abkommen
über ozonabbauendes stratosphärisches
Chlor und Brom.
Zusammenhang zwischen stratosphärischem Ozonabbau und Klimaerwärmung
Der Abbau der stratosphärischen Ozonschicht und die globale Klimaerwärmung werden für gewöhnlich
als unabhängige Phänomene gesehen. Es sind unterschiedliche atmosphärische Prozesse involviert, sie
haben unterschiedliche Auswirkungen und sie werden von unterschiedlichen internationalen Abkommen
behandelt. Allerdings bestehen komplexe Wechselwirkungen zwischen beiden Phänomenen. Viele Zusammenhänge sind noch unklar, aber es gibt einige wichtige Ansatzpunkte.
Ein erster Ansatzpunkt ist die Wirkung von Ozon, das eine wichtige Rolle im Wärmehaushalt der Erde
spielt: zum einen absorbiert Ozon UV-B-Strahlen in der Stratosphäre, was zu einer Erwärmung der Stratosphäre führt. Zum anderen absorbiert hauptsächlich bodennahes Ozon aber auch jene Infrarotstrahlung, die von der Erde emittiert wird. Daher trägt der Abbau des stratosphärischen Ozons zu einer Abkühlung der Erdoberfläche bei, während die erhöhten Ozonkonzentrationen in der Troposphäre zur Erwärmung der Erdoberfläche beitragen.
Eine zweite Wechselwirkung zwischen stratosphärischem Ozon und Klimaerwärmung ergibt sich aus den
Emissionen, die den Ozonabbau bewirken: FCKW, Halone und H-FCKW, die wichtigsten Verursacher
des stratosphärischen Ozonabbaus, sind gleichzeitig beträchtliche Treibhausgase. Sie haben ein Treibhausgaspotenzial, das zwischen 100 und 11.000 mal höher ist als jenes von CO2. Auch H-FKW, die vermehrt als Ersatzstoffe für FCKW und H-FCKW Verwendung finden, haben ein sehr hohes Treibhausgaspotenzial (vgl. Abb. 4).
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5.600
10,00
Halon-1301
4.000
8.500
11.700
9.300
5.000
FCKW-11
1,00
FCKW-12
1,00
FCKW-13
1,00
FCKW-114
1,00
0,80
FCKW-113
0,60
FCKW-115
9.300
630
H-FCKW-141b 0,11
2.000
H-FCKW-142b 0,065
1.700
H-FCKW-12 0,055
93
H-FCKW-123 0,02
480
H-FCKW-124 0,022
11.700
H-FKW-23
650
H-FKW-32
1.300
15.000
185
10.000
5.000
H-FKW-134a
0
0
Treibhausgaspotenzial (CO2 = 1)
2
4
6
8
10
12
Ozonabbaupotenzial (FCKW-11 = 1)
Quelle: EPA (2000)
Abb. 4: Ozonabbaupotenzial und Treibhausgaspotenzial von ozonabbauenden Substanzen und deren
Ersatzstoffen.
Ein dritter Aspekt ist die Wirkung der Klimaerwärmung auf den stratosphärischen Ozonabbau. Die Klimaerwärmung kommt durch die Absorption der infraroten Strahlung der Erde in der Troposphäre zustande.
Durch die Absorption der infraroten Strahlung in den unteren Schichten der Atmosphäre kommt es zu einer Kühlung in der Stratosphäre, was die Bildung von polaren stratosphärischen Wolken fördert. Polare
stratosphärische Wolken spielen eine wichtige Rolle beim Ozonabbau, da sie das Medium sind, auf dem
Chlorverbindungen in ozonzerstörende Cl-Radikale umgewandelt werden.
4.2
4.2.1
Ozon- und UV-Messungen in Österreich
Stratosphärische Ozonmessungen auf dem Hohen Sonnblick
Um die Dicke der stratosphärischen Ozonschicht über Österreich kontinuierlich erfassen zu können, hat
das Institut für Meteorologie und Physik der Universität für Bodenkultur im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Jugend und Familie ein Spektrophotometer zur Registrierung des Gesamtozons und der
vertikalen Höhenverteilung des Ozons installiert. Die Ergebnisse zahlreicher über den Tag verteilter Einzelmessungen des Gesamtozons, wie auch der durchgehenden siebenjährigen Messreihe lassen Aussagen einerseits über die jahreszeitliche Ozonverteilung, andererseits über Schwankungen von Tag zu Tag,
und schließlich auch über tageszeitliche Variationen zu. Exemplarisch werden in Abbildung 5 die Monatsmittel der letzten Jahre gezeigt, die deutlich den Konzentrationsrückgang gegenüber dem langjährigen Monatsmittel der Jahre 1926 bis 1978, gemessen in Arosa (Schweiz), illustrieren.
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400
langjähriges
Monatsmittel
Sonnblick 1994
Sonnblick 1995
Sonnblick 1996
Sonnblick 1997
Sonnblick 1998
Sonnblick 1999
Sonnblick 2000
380
Gesamt-Ozon (DU)
360
340
320
300
280
260
Jan
Feb
März
Apr
Mai
Jun
Jul
Monat
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Quelle:
Institut für Meteorologie und Physik, Univ. f. Bodenkultur
Abb. 5: Monatsmittelwerte der Dicke der Ozonsäule am Sonnblick in Dobson Units (DU), im Vergleich zum
langjährigen Mittel, ermittelt aus Messungen in Arosa (Schweiz) von 1926-1978.
Die größten Abnahmen wurden im Winter/Frühling beobachtet (die Abnahme in den Wintern der letzten
Jahre betrug bis 9 %), in der Jahreszeit also, in der das Gesamtozon normalerweise hoch ist. Gemittelt
über die Jahre 1993 bis 1999 beträgt die Abnahme 8 %. Der beobachtete Rückgang der Ozonschicht korreliert mit einem Anstieg der UV-B Strahlung, sofern die anderen Einflussparameter unverändert bleiben.
4.2.2
Messnetz zur kontinuierlichen Erfassung der UVB-Strahlung
In den letzten Jahren wurde ein Messnetz zur kontinuierlichen Erfassung der Strahlungsintensität der
erythemal (hautrötend) wirksamen solaren Strahlung an repräsentativ ausgewählten Orten in Österreich
aufgebaut. Ziel ist dabei, eine aktuelle Information der Bevölkerung über die UVB-Strahlenbelastung zu
ermöglichen. Derzeit wird die Intensität der UV-Strahlung an den folgenden Standorten erfasst: Wien,
Bad Vöslau, Linz, Graz, Klagenfurt, Mariapfarr, Innsbruck, Dornbirn und am Hohen Sonnblick.
Abbildung 6 zeigt exemplarisch den maximalen UV-Index (dieser ist ein Maß für die Intensität der für die
Gesundheit relevanten Effekte der UV-Strahlung der Sonne) in Abhängigkeit von der Jahreszeit.
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187
14
1998 UV-Index
12
1999 UV-Index
2000 UV-Index
UV-Index
10
8
6
4
2
0
Jän
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Quelle: Institut für Meteorologie und Physik, Univ. f. Bodenkultur
Abb. 6: Maximaler UV-Index am Sonnblick zwischen März 1998 und Juni 2000.
Der wichtigste Parameter, der die solare Bestrahlungsstärke beeinflusst, ist die Sonnenhöhe (Zenitwinkel),
wodurch auch die Jahresgänge erklärt werden können. Weitere Variabilität ergibt sich aus der Bewölkung.
Diese ist neben der Sonnenhöhe der zweitwichtigste Einflussfaktor für die UV-Strahlung am Erdboden.
Beim Vergleich von minimalen absoluten Bestrahlungsstärken im Sommer mit Maximalwerten im Winter
ist die im gleichen Ausmaß sowohl durch den Zenitwinkel wie auch durch den Einfluss der Bewölkung
verursachte Variabilität erkennbar. Zu Zenitwinkel und Bewölkung kommt noch die Ozonabsorption als
weitere Ursache von Schwankungen der UV-Strahlung. Die beobachtete natürliche Variabilität des Gesamtozons von etwa 10 % im Sommer und Herbst führt somit zu weiteren Schwankungen von etwa 10 % für
die erythemwirksame Strahlung.
Die Messwerte des Stratosphärischen Ozons und der UVB-Strahlungsintensität werden täglich im Teletext
(Seite 644) und auf der Homepage des BMLFUW (http://www.bmu.gv.at unter „Themen“ bzw. „Service“)
veröffentlicht. Im Internet ist zur besseren Veranschaulichung der flächenhaften Verteilung der UVStrahlungsintensität auch eine Karte der UV-Belastung zu sehen.
Die Information ist deshalb von Relevanz, da der vermehrte Aufenthalt in der Sonne zu vorzeitiger
Hautalterung und einem erhöhten Risiko für das Auftreten von Hautkrebs und Augenschäden führen
kann. Kinder reagieren besonders empfindlich auf UV-Strahlung. Säuglinge sollten der Sonne möglichst
nicht ausgesetzt werden, Kleinkinder nur, wenn sie durch Sonnenschutzmittel mit hohem Lichtschutzfaktor und Sonnenbrillen mit starkem UV-Filter geschützt sind.
4.2.3
Verbrauch von ozonzerstörenden Substanzen
und deren Ersatzstoffen in Österreich
Da in Österreich keine Produktionsstätten für FCKW, H-FCKW, H-FKW und Halone existieren, wird der
Verbrauch von ozonabbauenden Substanzen und einiger Ersatzstoffe anhand der Außenhandelsstatistik
abgeschätzt. Da die Entwicklung der Lagerbestände nicht erfasst wird, können diese allerdings die Verbrauchszahlen verzerren.
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188
Sechster Umweltkontrollbericht – 4. Stratosphärischer Ozonabbau
In der Außenhandelsstatistik werden die Halogenderivate der Kohlenwasserstoffe unter der Warennummerngruppe 2903 geführt, wobei neben einer Reihe von Einzelsubstanzen auch Substanzgruppen enthalten sind. Da nicht alle Einzelsubstanzen extra erfasst werden, können ozonabbauende Substanzen
und deren Ersatzstoffe nur in Tonnen aufsummiert werden, nicht gewichtet nach ihrem Ozonabbaupotenzial. Außerdem ist auch eine mengenmäßige Unterscheidung wesentlicher FCKW-Ersatzstoffe seit der
Umstellung der Nomenklatur der Außenhandelsstatistik 1995 nicht mehr möglich.
Abbildung 7 zeigt, dass der Verbrauch von FCKW seit Anfang der 90er Jahre stark zurückgegangen ist.
Der Anstieg im Jahr 1994 und der Exportüberschuss im darauffolgenden Jahr, sind auf den EU-Beitritt
Österreichs zurückzuführen: Da der Import von FCKW in die Mitgliedstaaten der EU stark beschränkt ist,
der Handel innerhalb der Mitgliedstaaten aber nicht diesen Restriktionen unterliegt, dürften einige Firmen
ihre Lagerbestände vor dem österreichischen EU-Beitritt angefüllt und 1995 wieder entleert haben. Auch
der Verbrauch von FCKW-Ersatzstoffen scheint in Summe bis 1996 leicht abgenommen zu haben, seither weisen die Zahlen allerdings wieder steigende Tendenz auf.
3.500
3.000
Tonnen
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
1991
FCKW
H-FCKW, H-FKW, FKW
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
Quelle: Außenhandelsstatistische Auswertungen aus PEROTECH (1999)
Abb. 7:
Verbrauch (Import minus
Export) von FCKW und
Ersatzstoffen (H-FCKW,
H-FKW, FKW).
Außer den in Abbildung 7 erfassten Mengen werden noch zusätzliche Mengen an FCKW, H-FCKW und
H-FKW nach Österreich importiert, die in verschiedenen Zubereitungen für unterschiedliche Anwendungen enthalten sind und mengenmäßig nicht abgeschätzt werden können. Es wird allerdings angenommen, dass diese Mengen im Vergleich zu den in der Abbildung angeführten gering sind (PEROTECH,
1999). Außerdem sind auch jene Substanzgemischgruppen nicht in der Abbildung enthalten, die unter der
Warennummerngruppe 38 der Außenhandelsstatistik geführt sind.
Da die mengenmäßige Unterscheidung wesentlicher FCKW-Ersatzstoffe seit der Umstellung der Nomenklatur der Außenhandelsstatistik 1995 nicht mehr möglich ist, gibt PEROTECH (1999) einen Überblick über Verkaufsmengen, die aufgrund von Erhebungen bei in diesen Bereichen tätigen Unternehmen
zusammengestellt wurden. Dabei fällt auf, dass insbesondere einige Anwendungen der H-FKW starke
Wachstumsraten vorweisen (vgl. Tab. 2).
UKB 6 (2001)
Umweltbundesamt/Federal Environment Agency – Austria
Sechster Umweltkontrollbericht – 4. Stratosphärischer Ozonabbau
189
Tab. 2: Verkaufsmengen von FCKW-Ersatzstoffen in Österreich.
Substanz
Kurzzeichen
Verkaufsmengen (t), gerundet
Typ
1995
1)
1996
1)
1997
1998
R 134a
H-FKW
130
167
315
337
R 404a
H-FKW
3
32
65
94
R 407c
H-FKW
1
4
7
R 507
H-FKW
5
8
12
16
R 413a
H-FKW+KW
H-FCKW
310
372
374
448
H-FCKW
125
125
95
71
H-FCKW
50
60
120
150
R 22
2)
R 141b
R 142b
2)
1
6
R 401a
H-FCKW+H-FKW
2
7
12
13
R 402a
H-FCKW+H-FKW
6
16
19
17
631
789
1.016
1.159
Summe
1)
Zum Teil Schätzwerte
2)
Zum Teil in Mischung
Quelle: PEROTECH (1999)
4.3
4.3.1
Maßnahmen
Internationale Maßnahmen
Das wichtigste internationale Abkommen zum Schutz der stratosphärischen Ozonschicht ist die Wiener
1
Konvention (1985) und darauf aufbauend das Montreal Protokoll (1987). Die Wiener Konvention ist eher
allgemein gehalten und drückt die Absicht der Regierungen aus, die stratosphärische Ozonschicht zu
schützen und den Informationsaustausch zwischen Behörden, Wissenschaft und Industrie hinsichtlich
des Ozonabbaus auszubauen. Sie nennt keine Substanzen, die die Ozonschicht schädigen könnten, und
FCKW werden erst am Schluss des Annex erwähnt als chemische Substanzen, die beobachtet werden
sollten. Trotzdem stellt die Konvention einen wichtigen Präzedenzfall dar: zum ersten Mal hatten Nationen
beschlossen, ein globales Umweltproblem in Angriff zu nehmen, bevor dessen negative Effekte spürbar
bzw. wissenschaftlich nachgewiesen wurden.
Zwei Monate nach der Unterzeichnung der Wiener Konvention im März 1985, publizierten Britische Wissenschafter in der Zeitschrift „Nature“ Studienergebnisse über massiven Ozonabbau in der Antarktis.
Diese Erkenntnisse wurden von US-Amerikanischen Satellitenaufnahmen bestätigt und stellten somit den
ersten Beweis für einen beträchtlichen Ozonabbau dar. Sie unterstrichen die Notwendigkeit für die Ausarbeitung konkreter Maßnahmen zur Schutz der Ozonschicht und beschleunigten somit die Verhandlungen
für ein Protokoll zur Wiener Konvention. Als Resultat wurde im September 1987 eine Einigung über Maß2
nahmen zum Schutz der Ozonschicht erzielt und das Montreal Protokoll unterzeichnet.
Das Montreal Protokoll konkretisiert die Bestimmungen der Wiener Konvention mit dem Ziel, die Produktion und den Verbrauch ozonabbauender Stoffe schrittweise einzuschränken bzw. zu verringern. Inzwischen wurde das Protokoll mehrmals angepasst und erweitert (London 1990; Kopenhagen 1992; Wien
1995; Montreal 1997; Peking 1999). Tabelle 3 zeigt den aktuellen Stand wichtiger Reduktionsziele für
ozonabbauende Stoffe unter dem Montreal Protokoll.
1
Wiener Konvention zum Schutz der Ozonschicht, 1985; BGBl. 596/1988.
2
Montreal Protokoll über Stoffe, die zu einem Abbau der Ozonschicht führen 1987; BGBl. 283/1989.
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UKB 6 (2001)
190
Sechster Umweltkontrollbericht – 4. Stratosphärischer Ozonabbau
Tab. 3: Reduktionsziele unter dem Montreal Protokoll und der neuen EU-Ozonverordnung.
Substanzen
EU-Ozonverordnung
(2000)
Montreal Protokoll
Industriestaaten
FCKW
Produktion und
Verbrauch
Verbot: 1995
Halone
Produktion und
Verbrauch
Verbot: 1994
H-FCKW
Verbrauch
Basisniveau:
H-FCKW-Verbrauch 1989
+ 2,0 % des FCKWVerbrauchs 1989
Basisniveau:
H-FCKW-Verbrauch 1989
+ 2,8 % des FCKWVerbrauchs 1989
1999: Einfrieren auf dem
H-FCKW-Verbrauch 1989
+ 2,6 % des FCKWVerbrauchs 1989
Einfrieren:
-35 %:
-65 %:
-90 %:
-99,5 %:
Verbot:
Basisniveau: 1995-97
Einfrieren:
-50 %:
-85 %:
Verbot:
Verbot: 1994
1.7.1999
2005
2007
2010
Basisniveau: 1995-97
Einfrieren:
-50 %:
Verbot:
2001: Einfrieren auf
Basisniveau
Methylbromid
Produktion und
Verbrauch
Verbot: 1996
Montreal Protokoll
Entwicklungsländer
2002
2005
2010
Basisniveau: 2015
Einfrieren:
Verbot:
2016
2040
1996
2004
2010
2015
2020
2030
-15 %:
-55 %:
-70 %
-75 %:
Verbot:
2002
2003
2004
2008
2010
Basisjahr:
1991
Basisjahr: 1991
Basisniveau: 1995-98
-25 %:
-60 %:
-75 %:
Verbot:
1999
2001
2003
2005
-25 %:
-50 %:
-70 %:
Verbot:
Einfrieren:
-20 %:
Verbot:
1999
2001
2003
2005
2002
2005
2015
Anmerkung: Die Bestimmungen des Montreal Protokolls berücksichtigen alle Zusatzabkommen.
In vielen Fällen existieren Ausnahmeregelungen etwa für die Instandhaltung von existierenden Geräten oder
für Verwendungszwecke, für die keine Ersatzstoffe bestehen.
Europäische Union: Am 1. Oktober 2000 trat die neue EU-Verordnung Nr. 2037/2000 vom 29. Juni
3
2000 über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen (EU-Ozonverordnung) in Kraft. Ziel der neuen
Verordnung ist die Begrenzung und Überwachung der Produktion, des Inverkehrbringens und der Verwendung von Stoffen, die zum Abbau der Ozonschicht führen, innerhalb der Gemeinschaft, sowie der
Ausfuhr dieser Stoffe in Drittländer. Die wichtigsten Bestimmungen der neuen Verordnung sind.
1. Ausstieg aus Produktion und Verbrauch von H-FCKW: H-FCKW werden gegenwärtig vor allem in
Kühlgeräten und Klimaanlagen, als Treibmittel für Schaum und Isolierstoffe und als Lösungsmittel
verwendet. Die neue Verordnung sieht einen rascheren Ausstiegszeitplan aus Produktion und Verbrauch von H-FCKW vor als das Montreal Protokoll. Sie verbietet den Verbrauch aller H-FCKW innerhalb der nächsten vier Jahre außer für die Instandhaltung existierender Geräte. Für die Instandhaltung
existierender Geräte tritt 2010 ein Verbot von neuen H-FCKW in Kraft, während wiederverwertete
Substanzen bis 2015 zum Einsatz kommen dürfen.
2. Ausstieg aus Produktion und Verbrauch des Pestizids Methylbromid: Die neue Verordnung sieht
für den Verbrauch von Methylbromid in der Landwirtschaft einen etwas rascheren Ausstiegszeitplan
als das Montreal Protokoll vor. Außerdem soll durch Einfrieren und einen Reduktionsmechanismus
das Schlupfloch verringert werden, das im Montreal Protokoll für den Verbrauch von Methylbromid
im Quarantänebereich und bei der Behandlung vor dem Transport vorgesehen ist.
UKB 6 (2001)
Umweltbundesamt/Federal Environment Agency – Austria
Sechster Umweltkontrollbericht – 4. Stratosphärischer Ozonabbau
191
3. Maßnahmen zur Reduktion von Emissionen aller ozonabbauender Substanzen: Verbrauchsverbote für Stoffe, deren Produktion und Importe schon verboten sind (insbesondere FCKW in existierenden Kühl- und Klimageräten und Halone in Brandschutzgeräten), sollen den Kampf gegen illegalen
Handel mit solchen Substanzen verbessern. Außerdem sollen strengere Richtlinien beim Umgang mit
ozonabbauenden Substanzen (Ausbildungsprogramme, verpflichtende Rückgewinnung, Entsorgung,
Monitoring- und Lizenzierung) zur Emissionsreduktion beitragen.
4.3.2
Nationale Maßnahmen
Tabelle 4 zeigt die wichtigsten Ausstiegsziele für ozonzerstörende Substanzen in Österreich.
4
Die Verwendung von FCKW wurde in Österreich Anfang der 90er Jahre schrittweise verboten. Allerdings
existieren Ausnahmen für medizinische Zwecke oder für bestimmte technisch noch nicht ersetzbare Bereiche. Außerdem dürfen FCKW für die Instandhaltung von Kühl-, Wärme- und anderen Klimaanlagen,
die vor dem jeweiligen Verbotstermin hergestellt oder eingeführt wurden unter bestimmten Voraussetzungen verwendet werden (Umbau technisch nicht möglich oder Aufwand zu groß).
5
Die Verwendung von Halonen ist in Österreich für Neuinstallationen seit 1991 verboten. Seit 1. Jänner
2000 ist auch das Befüllen und Nachfüllen von Feuerlöschern und Löschanlagen mit Halonen verboten.
Ausgenommen sind nur jene Bereiche (sogenannte „kritische Verwendungszwecke“), in denen nach dem
derzeitigen Stand der Technik keine gleichwertigen Ersatzstoffe oder alternative Löschverfahren zur Verfügung stehen (z. B. Einsatz in Flugzeugen, in einigen Anwendungen in der Petrochemie und in bestimmten militärischen Anwendungen).
Laut Schätzungen vom BMLFUW betragen die in Österreich vorhandenen Halonbestände, die derzeit in
nicht-kritischen Verwendungszwecken eingesetzt werden rund 90 Tonnen. Um die sachgerechte Verwendung dieser Halonbestände sicherzustellen, wurde eine Halonbank eingerichtet, wo Unternehmen ihre
Bestände aus nicht-kritischer Verwendung abgeben können. Aus der Halonbank können aber auch Halone
6
für die kritische Verwendung bezogen werden.
3
Amtsblatt L 244 vom 29/09/2000.
4
Verordnung des Bundesministers für Umwelt, Jugend und Familie vom 17. Mai 1990 über Beschränkungen
und Verbote der Verwendung, der Herstellung und des Inverkehrsetzens von vollhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen BGBl. 301/1990.
5
Verordnung des Bundesministers für Umwelt, Jugend und Familie vom 16. August 1990 über das Verbot von
Halonen BGBl. 576/1990.
6
Verordnung des Bundesministers für Umwelt, Jugend und Familie über die Einrichtung einer Halonbank (Halonbankverordnung) BGBl. 77/2000.
Umweltbundesamt/Federal Environment Agency – Austria
UKB 6 (2001)
192
Sechster Umweltkontrollbericht – 4. Stratosphärischer Ozonabbau
Tab. 4: Wichtige nationale Verbotstermine für FCKW, Halone und H-FCKW.
Substanzen und Anwendungen
Verbot
FCKW
Treibgase
1990
Allgemeines Verbot
1991
Ausnahmen vom allgemeinen Verbot:
• Herstellung von Schaumstoffen
1993
• Kühl-, Wärme- und Klimageräte
1994
• Entfetten, Reinigen und Trocknen (Industrie)
1994
• Reinigung (Kleidung und Textilien)
1995
Halone
Neuinstallationen
1991
Nachfüllen
2000
H-FCKW
Verbot aller nicht ausdrücklich genannten Einsatzbereiche
1.7.1995
Lösemittel
2000
Treibmittel für Schaum- und Isolierstoffe
2000
Kältemittel bei Neuanlagen
2002
Methylbromid
Allgemeines Verbot
(Ausnahme zugelassener Pflanzenschutzmittel)
1998
Verwendungsverbote von H-FCKW wurden in Österreich auf Grundlage des Ausstiegsplans der alten
7
8
EU-Ozonverordnung mit früheren Verbotsterminen für bestimmte Anwendungsbereiche beschlossen.
Ein allgemeines Verbot von Methylbromid trat 1998 in Kraft, allerdings sind zugelassene Pflanzenschutzmittel nicht davon betroffen.
4.3.3
Der Beitrag der Konsumenten
Die Konsumenten können vor allem in folgenden Bereichen ihren Beitrag zum Schutz der Ozonschicht
leisten:
Kauf von Kühlgeräten: In Kühlschränken werden H-FCKW (früher FCKW) sowohl im Kühlsystem als
auch in der Schäumung (Isolierung) eingesetzt. Inzwischen werden häufig chlorfreie H-FKW verwendet,
die zwar nicht ozonschädlich, aber hoch treibhauswirksam sind. Es existieren allerdings schon viele Kühlgeräte, die weder die ozonabbauenden Stoffe FCKW bzw. H-FCKW, noch deren treibhauswirksame Ersatzstoffe H-FKW enthalten. Diese Geräte kühlen stattdessen mit unproblematischen Kohlenwasserstoffgemischen (Propan/Butan). Greenpeace hat eine Liste von ozon- und klimafreundlichen Kühlschrankmo9
dellen zusammengestellt .
Bauprodukte: Für Bauprodukte wie Dämmplatten oder Montageschäume für Fenster und Türen werden
H-FCKW und treibhauswirksame H-FKW verwendet. Für die meisten Anwendungen existieren Alternati-
7
Verordnung Nr. 3093/94 des Rates vom 15. Dezember 1994 über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen,
ABl. EG Nr. L 333/1 vom 22. Dezember 1994.
8
Verordnung des Bundesministers für Umwelt über ein Verbot bestimmter teilhalogenierter Kohlenwasserstoffe
(H-FCKW-Verordnung) BGBl. 750/1995.
9
Weitere Informationen: www.greenpeace.at
UKB 6 (2001)
Umweltbundesamt/Federal Environment Agency – Austria
Sechster Umweltkontrollbericht – 4. Stratosphärischer Ozonabbau
193
ven, die laut Greenpeace sehr geringe bis gar keine Mehrkosten aufweisen. Greenpeace hat einen aktuellen Marktüberblick zusammengestellt, wo Alternativen zu Bauprodukten mit H-FCKW, H-FKW und SF6
(Treibhausgas) aufgelistet werden.
Fachgerechte Entsorgung von Altgeräten: Alte Kühlschränke und Feuerlöschgeräte müssen fachgerecht entsorgt werden, damit möglichst wenig ozonabbauende Substanzen beim Entsorgungsprozess
entweichen. Kühlschränke können über den Elektrohandel oder bei den Übernahmestellen der öffentlichen Müllentsorgung abgegeben werden (nähere Information: http://www.ufh.at). Für Feuerlöschgeräte
und Löschanlagen wurde eine Halonbank eingerichtet, wo alte Geräte abgegeben werden können. Dadurch können Unternehmen hohe Entsorgungskosten vermeiden, die bei der Entsorgung von Halonen
als gefährlicher Abfall anfallen würden. Außerdem wird die Umstellung der alten Halonlöschanlagen auf
halogenfreie Löschmittel durch Förderungen nach dem Umweltförderungsgesetz unterstützt (nähere
Auskünfte: BMLFUW).
Literatur
EORCU – EUROPEAN OZONE RESEARCH COORDINATING UNIT (2000): The Northern Hemisphere Stratosphere
in the Winter and Spring of 1999/2000. Third European Stratospheric Experiment on Ozone (THESEO)
1998-2000. European Ozone Research Coordinating Unit. Cambridge.
PEROTECH (1999): Erhebung des Verbrauches und der Substitution von FCKW und Halonen. Endbericht im Auftrag des BMUJF. Gesellschaft für Abfallwirtschaft, Energie- und Umwelttechnik. Graz.
WMO – WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION (1998): Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1998.
Executive Summary. Global Ozone Research and Monitoring Project – Report No. 44. World Meteorological
Organization.
EPA – United States ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (2000): http://www.epa.gov/ozone/.
Umweltbundesamt/Federal Environment Agency – Austria
UKB 6 (2001)