Messung der Ozonkonzentration

Die Ozonschicht ist ein wichtiger Bestandteil der Atmosphäre. Doch wie wird die Ozonkonzentration eigentlich gemessen?

Die Ozonschicht befindet sich in der Stratosphäre in einer Höhe von 15 bis 30 Kilometern und schützt die Biosphäre vor gefährlicher ultravioletter Strahlung. Mit Beginn der 1980er Jahre tritt das Ozonloch auf, eine starke Ausdünnung der Ozonschicht. Betroffen hiervon ist die Antarktis und in sehr kalten Wintern wie 2010/2011 auch die Arktis. In den Tropen und mittleren Breiten gibt es kein Ozonloch. Doch wie wird die Ozonkonzentration eigentlich gemessen?

Für die Messung der Ozonkonzentration vom Boden bis in 30 km Höhe werden vor allem Ballons eingesetzt. Diese mit Wasserstoff oder Helium gefüllten Wetterballons erreichen Geschwindigkeiten von 5m/s und eine Höhe von bis zu 35 km bevor sie platzen. An den aus Gummi bestehenden Ballons wird eine ca. 60 m lange Schnur gehängt. Eine Radiosonde mit Sensoren für Luftdruck, Feuchtigkeit und Temperatur sowie eine Ozonsonde wird an deren Ende befestigt. Die Sonde funkt während ihres Aufstieges die Messwerte an die Empfangsstation am Boden, wo sie erfasst, ausgewertet und in globale Wissenschaftsnetzwerke eingespeist werden.

Die Messung der Ozonkonzentration erfolgt elektrochemisch. Die Außenluft wird in eine Sensorkammer gepumpt, die mit einer Kaliumjodid-Lösung gefüllt ist. Die Reaktion des in der Luft befindlichen Ozons mit dem Jodid erzeugt ein elektrisches Signal proportional zur Menge an Ozon. Der dabei geflossene Strom kann gemessen und in eine Ozonkonzentration umgerechnet werden.

Ozonsondenmessungen seit 1985 in der Antarktis

Weltweit existieren rund 50 Standorte an denen regelmäßig Ozon-Höhenprofil-Messungen mit Ozonsonden durchgeführt werden. In der Antarktis wurden seit 1985 an der deutschen Georg Forster Station Ozonsondenmessungen durchgeführt, welche heutzutage an der Neumayer III Station des  Alfred-Wegener-Instituts weitergeführt werden. Bis heute lassen die Meteorologen und Luftchemiker dort einmal pro Woche einen Heliumballon mit einer Ozonmesssonde vom Dach der Station bis in eine Höhe von rund 35 Kilometern steigen. Für einen weltweit vergleichbaren Datensatz ist es hierbei wichtig sicherzustellen, dass alle Ozonsondenstationen auch vergleichbare Messungen durchführen. Hierfür werden im Forschungszentrum in Jülich regelmäßig Vergleichsmessungen im Labor durchgeführt.

Die Spezialsonden, die nach dem Ende der Messungen auf die Erde zurückfallen und dabei von einem kleinen Fallschirm gebremst werden, können erneut genutzt werden - vorausgesetzt sie werden wiedergefunden. Peilsender enthalten diese Sonden aus Kostengründen nicht. Stattdessen ist eine Adresse aufgedruckt an die mögliche Finder die Sonde zurückschicken können.

Messungen der Ozonschicht sind ein wichtiger Bestandteil der Überwachung der Ozonschicht, aber nicht der einzige. Ozonmessungen werden auch vom Boden aus, von Flugzeugen (sowohl von speziellen Forschungsflugzeugen als auch von Linenflugzeugen) sowie von Satelliten durchgeführt.

Text: Dr. Rolf Müller, FZJ/Karl Dzuba, GFZ (ESKP)

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