Ein Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology hat die Geschichte des Ozonabbaus neu datiert. Mit heutiger Messtechnik wäre der menschengemachte Ozonverlust bereits 1957 nachweisbar gewesen, rund 30 Jahre vor der Entdeckung des Ozonlochs über der Antarktis. Verursacher war damals jedoch nicht das aus Lehrbüchern bekannte FCKW, sondern das Lösungsmittel Tetrachlormethan. Das erste Signal zeigte sich zudem nicht am Südpol, sondern in der oberen Stratosphäre über den Tropen. Die Studie erschien in den Proceedings of the National Academy of Sciences.
Die Ozonschicht in der Stratosphäre wirkt wie ein chemischer Filter, der einen Großteil der energiereichen ultravioletten Strahlung der Sonne abfängt, bevor sie die Erdoberfläche erreicht. Ozon ist ein Molekül aus drei Sauerstoffatomen, das in etwa 10 bis 50 Kilometern Höhe fortlaufend gebildet und wieder zerlegt wird. Bestimmte Industriechemikalien stören dieses Gleichgewicht, weil sie in der Höhe unter UV-Einfluss Chlor abspalten. Ein einzelnes Chloratom kann anschließend in einer Kettenreaktion Tausende Ozonmoleküle zerstören, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Als die britische Antarktisforschung 1985 ein saisonales Loch in der Schicht über der Antarktis beschrieb, galt die Ursache rasch als geklärt, und das Montrealer Protokoll verbannte ab 1987 die Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Diese Chronologie ist seither fester Bestandteil jeder Darstellung des Themas. Genau an dieser vertrauten Erzählung setzt die neue Arbeit an und stellt eine simple, aber folgenreiche Frage.
Die Frage lautet: Wann hätte man den Schaden eigentlich bemerken können, wenn schon damals die heutigen Beobachtungsinstrumente zur Verfügung gestanden hätten? Die Entdeckung des Ozonlochs war schließlich kein plötzliches Naturereignis, sondern der Moment, in dem die Messtechnik empfindlich genug wurde. Ein Team um Susan Solomon am Massachusetts Institute of Technology hat deshalb ein Gedankenexperiment durchgerechnet und die Atmosphärenchemie der vergangenen rund 76 Jahre rückwärts modelliert. Solomon ist keine beliebige Stimme in diesem Feld, denn sie wies als Erste nach, dass FCKW der entscheidende Treiber des antarktischen Ozonabbaus sind. Die Ergebnisse ihrer eigenen Nachrechnung überraschten sie nach eigenen Angaben deutlich. Der Befund berührt zugleich eine der wenigen echten Erfolgsgeschichten des globalen Umweltschutzes, denn das Ozonloch schließt sich bis 2035 voraussichtlich weitgehend.
Der methodische Kern der Arbeit besteht darin, moderne Nachweisschwellen auf historische Atmosphärenbedingungen zu übertragen. Statt sich allein auf die spärlichen Messreihen der Mitte des 20. Jahrhunderts zu stützen, simulierten die Forscher, wie heutige Beobachtungssysteme die damalige Chemie interpretiert hätten. Entscheidend ist dabei die Unterscheidung zwischen Signal und Rauschen. Die Atmosphäre schwankt aus natürlichen Gründen erheblich, etwa durch den Sonnenzyklus, Vulkanausbrüche oder wechselnde Windsysteme. Ein menschengemachter Trend gilt erst dann als nachgewiesen, wenn er statistisch klar aus dieser natürlichen Variabilität heraussticht. Als Datengrundlage flossen Industriestatistiken und Konzentrationsmessungen aus Eisbohrkernen in die Modelle ein, die als Archiv der Lufthülle vergangener Jahrzehnte dienen. Diese Kombination aus historischen Daten und moderner Signalanalyse ergab ein Datum, das die gewohnte Chronologie um rund drei Jahrzehnte nach vorn verschiebt.
Das Ergebnis: Ein statistisch belastbares Signal des menschengemachten Ozonabbaus wäre bereits 1957 erkennbar gewesen. Ebenso unerwartet war der Ort. Nicht über der Antarktis, wo das Ozonloch später entdeckt wurde, trat das Signal zuerst hervor, sondern in der oberen Stratosphäre über den Tropen. Der Grund dafür ist zunächst kontraintuitiv, denn die tropischen Ozonverluste fielen absolut betrachtet geringer aus als jene in höheren Breiten. Entscheidend ist aber das Verhältnis von Signal zu Rauschen. In den Tropen ist die natürliche Schwankungsbreite der oberen Stratosphäre besonders klein, sodass selbst ein vergleichsweise schwacher Trend dort früher als eindeutig menschengemacht erkennbar wird. Der Ozonverlust selbst fand nach Einschätzung des Teams global statt, er war in den Tropen lediglich am saubersten nachweisbar. Der Nachweis gelang dort also nicht wegen des größten Schadens, sondern wegen der ruhigsten Messbedingungen.
Die zweite Überraschung betrifft den Verursacher. Nicht die Fluorchlorkohlenwasserstoffe standen am Anfang, sondern Tetrachlormethan, auch als Tetrachlorkohlenstoff bekannt. Die Substanz mit der Formel CCl₄ wurde bereits ab 1914 in den USA als Industrielösungsmittel eingesetzt und war spätestens in den 1930er Jahren weit verbreitet, unter anderem in der chemischen Reinigung und zur Entfettung. Damit war der Stoff Jahrzehnte vor den FCKW in der Atmosphäre präsent, die erst später als Kältemittel, Treibgase und Schäumungsmittel Karriere machten. In den Eisbohrkernen steigt die Konzentration von Tetrachlormethan bereits in den 1940er Jahren an. Für den Zeitraum 1920 bis 1960 war die Verbindung nach der Studie der Hauptverursacher des menschengemachten Ozonabbaus, weil sie die einzige ozonzerstörende Substanz war, die damals überhaupt zunahm. Erst danach schossen die FCKW-Konzentrationen rasant nach oben und übernahmen die dominierende Rolle im Ozonabbau, die ihnen die Lehrbücher zuschreiben.
Wichtig für die Einordnung: Der frühe Schaden durch Tetrachlormethan fiel wesentlich geringer aus als die spätere Zerstörung durch FCKW. Die Studie widerlegt also nicht, dass Fluorchlorkohlenwasserstoffe das Ozonloch verursacht haben, sondern ergänzt eine bislang unsichtbare Vorgeschichte. Zugleich ist Tetrachlormethan keineswegs nur ein historisches Thema. Die Substanz wird industriell weiterhin als Ausgangsstoff für moderne Kältemittel und Kunststoffe genutzt und fällt damit in eine Kategorie, deren Emissionen international lange unterschätzt wurden. Solomon leitet daraus die Notwendigkeit zu anhaltender Wachsamkeit ab, weil ausgemusterte ozonzerstörende Substanzen noch jahrzehntelang in der Atmosphäre verbleiben können. Der methodische Kniff der Arbeit zeigt zudem etwas Grundsätzliches über Umweltforschung: Ein Problem existiert oft lange, bevor Instrumente empfindlich genug sind, es zu sehen. Diese Lücke zwischen Wirkung und Wahrnehmung lässt sich rückblickend vermessen und schärft den Blick für heutige Schadstoffe, deren Signal noch im Rauschen steckt.
Proceedings of the National Academy of Sciences, The emergence of human influence on the ozone layer by the 1960s; doi:10.1073/pnas.2608286123