Dziura w ozonosferze…
Zjawisko określane potocznie jako dziura ozonowa oznacza znaczący ubytek ilości ozonu w stratosferze. Aby mówić o “dziurze” zawartość ozonu musi spaść poniżej 220 DU (jednostek Dobsona). Nie jest to zjawisko stałe – zasięg “dziury” ozonowej zmienia się w czasie i przestrzeni. Najczęściej “dziurę” obserwuje się w wysokich szerokościach półkuli południowej, na obszarach, gdzie przez pewien czas nie ma świeżych dostaw ozonu z niskich szerokości geograficznych. Należy jednak zauważyć, że XX w. wyraźny ubytek ozonu notowany był także w szerokościach umiarkowanych
Reakcje rozpadu ozonu nie są niczym niezwykłym, jednak zaburzenie cyklu ozonowego i radykalne zmniejszenie ilości ozonu stratosferycznego obserwowane od lat 80-tych XX wieku było skorelowane ze wzrostem poziomu chloru i bromu w stratosferze. Pierwiastki te pochodziły ze związków potocznie określanych jako freony i halony, powszechnie wykorzystywanych w przemyśle, głównie jako środki gaśnicze i ciecze chłodnicze. Związki te, stabilne w dolnej części atmosfery, transportowane do stratosfery podlegają przemianom w wyniku których uwalniane są chlor i brom, zaburzające cykl ozonowy.
Zubożenie warstwy ozonowej zostało po raz pierwszy dobrze udokumentowane w latach 80 przez zespół J.C. Farmana, kiedy to stwierdzono, że wiosną (od września do listopada) nad Antarktydą spadek koncentracji ozonu przekracza 60% wartości średniej. Sądzono, że główny mechanizm powstawania dziury ozonowej związany jest z łańcuchowymi reakcjami chloru. Jednak nie pozwalało to wyjaśnić aż tak dużego ubytku ozonu. Cały proces okazał się nieco bardziej skomplikowany.
Aby reakcje destrukcji ozonu mogły przebiegać szczególnie intensywnie muszą być spełnione pewne warunki. Po pierwsze, podczas nocy polarnej temperatura w stratosferze musi spaść poniżej -78 °C, aby mogły powstać tzw. obłoki stratosferyczne. Tak niska temperatura występuje w sytuacji, kiedy wokół Antarktydy lub Arktyki zaczyna krążyć wir polarny. Dzięki niewielkiej zawartości pary wodnej która występuje w stratosferze, powstają chmury określone jako polarne obłoki stratosferyczne (PSC) składające się głównie z kryształów lodu i kwasu azotowego. Reakcje chemiczne zachodzące na cząsteczkach PSC przekształcają mniej reaktywne cząsteczki zawierające chlor w bardziej reaktywne formy, takie jak chlor cząsteczkowy (Cl2), który stopniowo gromadzi się w stratosferze podczas nocy polarnej. Kiedy wczesną wiosną na Antarktydę powraca dzień, światło słoneczne rozbija cząsteczkowy chlor na pojedyncze atomy chloru, które mogą reagować z ozonem i go niszczyć. Niszczenie ozonu trwa aż do rozpadu wiru polarnego, co zwykle ma miejsce w listopadzie.
Zazwyczaj zjawisko ubytku ozonu opisywane jest w odniesieniu do półkuli południowej, gdyż tutaj powstaje szczególnie silny wir polarny, jednak czasami zdarza się, że wir polarny twory się też wokół Arktyki. Taka sytuacja również prowadzi do zubożenia warstwy ozonowej i okresowego tworzenia się “dziury” na półkuli północnej.
Zmiany powierzchni dziury ozonowej oraz stężeń ozonu na jej obszarze w latach 1979 – 2020, na podstawie: The Ozone Watch, https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/
Obszar, nad którym obserwowane jest zmniejszenie ilości ozonu różni się z roku na rok, zmienia się także występujące w nim stężenie ozonu. Jest to uzależnione od kilku czynników: ilości związków zawierających chlor, które przedostały się do stratosfery, od stabilności wiru polarnego oraz od tego, jak bardzo spadnie temperatura nad biegunami. Największa dziura ozonowa zajmowała obszar prawie 30 mln km2 i została zaobserwowana w 2000 roku, natomiast najniższe stężenie ozonu odnotowano w roku 1994 i wyniosło wtedy zaledwie 74 DU.
Od czasu odkrycia dziury ozonowej w latach 80 XX w. i wprowadzenia kolejnych ograniczeń związanych z wykorzystaniem substancji zubażających warstwę ozonową sytuacja znacząco się poprawiła. Jednak mimo podpisania Protokołu Montrealskiego przez ponad 160 państw, zdarzają się sytuacje nielegalnego stosowania substancji zubażających warstwę ozonową.
Źródła:
Braathen, G.. (2012). WMO Antarctic Ozone Bulletin # 5, https://doi.org/10.13140/RG.2.1.2957.2327
Tritscher, I., Pitts, M. C., Poole, L. R., Alexander, S. P., Cairo, F., Chipperfield, M. P., et al. (2021). Polar stratospheric clouds: Satellite observations, processes, and role in ozone depletion. Reviews of Geophysics, 59, e2020RG000702. https://doi.org/10.1029/2020RG000702
National Aeronautics and Space Administration, Goddard Space Flight Center, The Ozone Watch, https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/
http://www.theozonehole.org/ozonedestruction.htm
Obrazek tytułowy: przykłady zmian zasięgu dziury ozonowej nad Antarktyką; źródło: National Aeronautics and Space Administration, Goddard Space Flight Center, The Ozone Watch, https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/
