In einem benachbarten Gewächshaus sehen dieselben Pflanzen kränklich und verkrüppelt aus. Die Taubenerbse ist altersgelb mit pockennarbigen Blättern; die Papayabäume werden nur halb so hoch.

Der einzige Unterschied zwischen den beiden Gewächshäusern ist die Ozonverschmutzung.

Hayes, die am UK Centre for Ecology and Hydrology (UKCEH) arbeitet, pumpt Ozongas in verschiedenen Konzentrationen in die Gewächshäuser, in denen die afrikanischen Grundnahrungsmittel wachsen. Sie untersucht, wie sich die zunehmende Ozonverschmutzung auf die Ernteerträge - und die Ernährungssicherheit für Subsistenzbauern - in den Entwicklungsländern auswirken könnte.

Ozon, ein Gas, das durch die Wechselwirkung von Sonnenlicht und Wärme mit den Emissionen fossiler Brennstoffe entsteht, kann den Landwirten beträchtliche Einbußen bescheren, wie die Forschung zeigt, indem es die Pflanzen schnell altern lässt, bevor sie ihr volles Produktionspotenzial erreichen, und die Photosynthese verringert, den Prozess, durch den Pflanzen Sonnenlicht in Nahrung umwandeln.

Ozonstress verringert auch die Abwehrkräfte der Pflanzen gegen Schädlinge.

Eine 2018 in der Zeitschrift Global Change Biology veröffentlichte Studie schätzt, dass sich die weltweiten Verluste bei Weizen aufgrund von Ozonverschmutzung zwischen 2010 und 2012 auf 24,2 Milliarden Dollar jährlich beliefen.

In einer im Januar in Nature Food veröffentlichten Studie bezifferten Forscher die jährlichen Verluste bei Weizen, Reis und Mais in Ostasien in den letzten zehn Jahren auf etwa 63 Milliarden Dollar.

Besonders besorgt sind die Wissenschaftler über Afrika, wo der Autoverkehr und die Müllverbrennung zunehmen werden, da sich die Bevölkerung bis Mitte des Jahrhunderts verdoppeln wird.

Das bedeutet mehr Ozonverschmutzung, eine große Herausforderung für Kleinbauern, die 60 % der Bevölkerung in Afrika südlich der Sahara ausmachen.

"Es besteht die ernste Sorge, dass die Ozonverschmutzung langfristig die Erträge beeinträchtigen wird", sagte der leitende Wissenschaftler Martin Moyo vom International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics in Simbabwe.

Er wies darauf hin, dass "dringend mehr ländliche Studien zur Bestimmung der Ozonkonzentration" auf dem gesamten Kontinent erforderlich seien.

Anfang dieses Jahres haben Wissenschaftler des in Großbritannien ansässigen gemeinnützigen Centre for Agriculture and Bioscience International (CABI) Ozonmessgeräte in der Nähe von Kakao- und Maisfeldern in Ghana, Sambia und Kenia aufgestellt.

Die meisten afrikanischen Länder verfügen jedoch laut einem UNICEF-Bericht aus dem Jahr 2019 nicht über zuverlässige oder konsistente Luftverschmutzungsmonitore. Von denen, die über solche Geräte verfügen, messen nur wenige Ozon.

STEIGENDES OZON

In der Stratosphäre schützt Ozon die Erde vor der ultravioletten Strahlung der Sonne. Näher an der Erdoberfläche kann es Pflanzen und Tieren, einschließlich Menschen, schaden.

Während Vorschriften zur Luftqualität dazu beigetragen haben, die Ozonwerte in den Vereinigten Staaten und Europa zu senken, wird sich der Trend im schnell wachsenden Afrika und in Teilen Asiens in die entgegengesetzte Richtung verschieben.

Auch der Klimawandel könnte die Entwicklung beschleunigen.

In Gebieten Afrikas mit hohen Emissionen aus fossilen Brennstoffen und häufigem Abbrennen von Wäldern oder Grasland deuten neue Forschungsergebnisse darauf hin, dass heißere Temperaturen das Problem verschlimmern könnten, da sie die chemischen Reaktionen, die Ozon erzeugen, beschleunigen können.

Während Untersuchungen ergeben haben, dass nordamerikanischer Weizen im Allgemeinen weniger durch Ozon beeinträchtigt wird als seine europäischen und asiatischen Pendants, gibt es weniger Studien über afrikanische Versionen derselben Kulturpflanzen, die im Laufe der Jahrzehnte des Anbaus für diese Umgebungen besser geeignet gemacht wurden.

Auf einem Markt in Nairobi bringen Landwirte vom Land alle zwei Wochen Proben ihrer kränkelnden Pflanzen zu einem "Pflanzendoktor", in der Hoffnung herauszufinden, was ihre Erträge beeinträchtigt.

"Viele (Ozon-)Symptome können mit Milben oder Pilzbefall verwechselt werden", sagt Lena Durocher-Granger, Entomologin bei CABI. "Die Landwirte bringen vielleicht weiterhin Dünger oder Chemikalien aus, weil sie denken, dass es sich um eine Krankheit handelt, aber es ist die Ozonbelastung."

Ihre Organisation arbeitet mit UKCEH zusammen, um den Menschen dabei zu helfen, Anzeichen von Ozonstress zu erkennen und Abhilfemaßnahmen zu empfehlen, wie z.B. weniger Bewässerung an Tagen mit hohem Ozongehalt. Durch die Bewässerung können die Blattporen weit offen bleiben, wodurch die Pflanzen noch mehr Ozon aufnehmen.

WIDERSTANDSFÄHIGE NUTZPFLANZEN

In ihren walisischen Gewächshäusern setzte Hayes die Pflanzen in einer Kuppel der niedrigsten Menge aus - 30 Teile pro Milliarde - ähnlich wie in der Umgebung von Nordwales. In der Kuppel mit der höchsten Ozonkonzentration erhielten die Pflanzen mehr als das Dreifache dieser Menge, was die verschmutzten Bedingungen in Nordafrika nachahmt.

Hayes und ihre Kollegen haben festgestellt, dass bestimmte afrikanische Grundnahrungsmittel stärker betroffen sind als andere.

In einer Kuppel, die mit einer mittleren Ozonmenge gefüllt war, hatten sich die nordafrikanischen Weizenpflanzen innerhalb weniger Monate von grün zu gelb verfärbt.

"Sie erhalten winzige, dünne Körner, die nicht alle guten Teile enthalten, eine Menge Schalen auf der Außenseite und weniger Protein und Nährwert", sagte Hayes.

Dies deckt sich mit den Forschungsergebnissen, die ihr Team im letzten Jahr über Pflanzensorten in der Subsahara veröffentlicht hat. Demnach könnte die Ozonverschmutzung die Weizenerträge in der Subsahara um bis zu 13% senken.

Bei trockenen Bohnen könnte es noch schlimmer kommen, mit geschätzten Ertragseinbußen von bis zu 21% in einigen Gebieten, so die gleiche Studie, die in Environmental Science and Pollution Research veröffentlicht wurde.

"Bohnen sind in Afrika eine nützliche Eiweißquelle und werden von Subsistenzbauern in großem Umfang angebaut", sagte Katrina

Sharps, eine UKCEH-Analystin für räumliche Daten.

Die Hirse der Subsahara schien jedoch ozontoleranter zu sein. Dennoch wurde in Afrika im Jahr 2020 etwa halb so viel Hirse wie Weizen angebaut.

"Wenn der Boden und die Anbaubedingungen geeignet sind", so Sharps, "könnten Subsistenzbauern in Erwägung ziehen, mehr Hirse anzubauen."