Aktuality SHMU

Ozónová diera nad Európou?

V priebehu marca 2011 zaznamenali pozemné a satelitné merania nad Arktídou výrazné zníženie množstva stratosférického ozónu. Nad niektorými regiónmi dosiahli jeho koncentrácie bezprecedentne nízku úroveň, keď v porovnaní s dlhodobým priemerom poklesli miestami až o 70 %. Jedna z najnižších hodnôt bola zaregistrovaná nad centrálnou Sibírou, a to 250 Dobsonovych jednotiek (DJ), čo je len 30 DJ nad úrovňou, kedy sa už toto výrazne zredukovanie ozónosféry označuje termínom „ozónová diera“. Hlavnú príčinu rýchlej deštrukcie ozónu, a to prevažne vo výške 18-23 km, možno vidieť v ešte stále vysokých koncentráciách chlórofluórokarbonových halogénov (CFCs), látok, ktoré likvidujú molekuly ozónu, a v nezvyčajne nízkych teplotách stratosféry, ktoré v priebehu februára a marca 2011 poklesli pod -78 °C.

 Obr. 1 Ako ohraničenie „ozónovej diery“ (ozone hole) sa zvykne používať hodnota 220 DJ

Pri takýchto podmienkach sa za spoluúčasti slnečného žiarenia uvoľňujú zo zlúčenín CFCs molekuly a chlóru a brómu, ktoré sú hlavnými katalyzátormi deštruktívnych reakcií vedúcich k mimoriadne rýchlej redukcii ozonosféry. Preto aj napriek tomu, že sa podarilo pomerne rýchlo zastaviť výrobu týchto látok zavedením Montreálskeho protokolu v roku 1987, obnovenie poškodenej ozónosféry na úroveň spred roku 1980 potrvá ešte niekoľko desaťročí.    

Ozón – zázračná molekula

Takto nejako by sme mohli pomenovať molekulu, ktorá chráni už niekoľko stoviek miliónov rokov pozemský život pred zhubným vplyvom ultrafialového (UV) žiarenia. Väčšia časť ozónu, tejto trojatómovej molekuly kyslíka (O3), sa vyskytuje v spodnej stratosfére vo výškach od 20 do 30 km (táto časť stratosféry sa tiež nazýva ozónosféra). Jeho absolútne množstvo je však v zemskej atmosfére natoľko minoritné, že vrstva všetkých molekúl O3 rovnomerne rozložená po celom povrchu Zeme by pri priemernom tlaku vzduchu 1015 hPa nebola hrubšia ako 3 mm. Môžeme si to predstaviť aj tak, že na miliardu molekúl vzduchu pripadne v ozónosfére len niekoľko tisíc molekúl O3 (pri zemskom povrchu je to len 20-100 molekúl O3). Až pri týchto číslach si človek skutočne uvedomí úžasnú schopnosť ozónu absorbovať aj pri takto nízkych koncentráciách až 99 % UV žiarenia. Len na okraj možno uviesť, že každé zníženie koncentrácie O3 o 1 % vedie k nárastu UV indexu o 2 %. Preto len nepatrný pokles množstva O3 v stratosfére má za následok výrazný nárast výskytu rakoviny kože. Priestorové rozloženie O3 nie je na Zemi ani zďaleka rovnomerné. Najnižšie koncentrácie dosahuje celoročne v stratosfére tropických oblastí (okolo 300-350 DJ), kde však paradoxne vzniká vplyvom intenzívneho UV žiarenia najviac ozónu. Prúdenie vzduchu v stratosfére však väčšiu časť tohto plynu transportuje do miernych a vysokých zemepisných šírok, kde jeho koncentrácie dosahujú planetárne maximum (aj vyše 500 DJ).  

 Obr. 2   Polárne stratosférické oblaky (PSCs) sa vyskytujú len pri teplotách nižších ako -78 °C (Zdroj: Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Polar_stratospheric_cloud).

Ozónová diera aj nad Európou?

Od polovice 80. rokov bolo nad južným pólom každoročne na konci antarktickej zimy (august-september) zaznamenané zredukovanie ozónosféry, a to niekedy aj pod 100 DJ (minimum 73 DJ dňa 30.6.1994). Aj keď sa vedcom v priebehu veľmi krátkeho obdobia podarilo odhaliť pravého vinníka tohto problému a dosiahnuť zákaz výroby CFCs halogénov, ozónová diera nad Antarktídou neustále rástla až do druhej polovice 90. rokov, kedy sa jej maximálna plocha viac-menej stabilizovala na hodnote 25 mil. km2 (takmer dvojnásobná rozloha Antarktídy, maximum 29,9 mil. km2 dňa 9.9.2000;). Prečo sa ale ozónová diera vyskytuje len v oblasti južného pólu a nie niekde inde, keď vieme, že CFCs sú už rovnomerne rozptýlené po celej Zemi. Odpoveď je pomerne jednoduchá. Spôsobené je to špecifickými meteorologickými podmienkami, predovšetkým mimoriadne nízkymi teplotami spodnej stratosféry na konci antarktickej zimy, ktoré klesajú až k -90 °C. Pri teplotách nižších ako -78 °C vznikajú vhodné podmienky pre tvorbu tzv. stratosférických polárnych oblakov (PSCs), na aerosóloch ktorých dochádza vplyvom intenzívneho UV žiarenia k rozbíjaniu molekúl CFCs, z ktorých sa uvoľňuje veľmi reaktívny chlór (Cl) alebo bróm (Br), prípadne ešte reaktívnejší oxid chlórnatý (ClO). Tieto látky dokážu na seba viazať z molekuly O3 jeden atóm kyslíka – ako jeden z „odpadných“ produktov vzniká jedna molekula kyslíka (O2).  Efektívnosť týchto reakcií je pritom až ohromujúca. Jediná molekula chlóru dokáže zničiť niekoľko desiatok tisíc molekúl ozónu a samotné zlúčeniny CFCs môžu zotrvať v stratosfére až 100 rokov. K tejto situácii dochádza len v jarnom období príslušnej pologule, kedy po predchádzajúcej zime sú teploty dostatočne nízke a Slnko pri svojom návrate po polárnej noci začína ovplyvňovať stratosférické vrstvy. Stratosféra nad Arktídou nie je tak chladná ako nad južným pólom, preto sa dodnes nad touto oblasťou  nikdy ozónová diera nevytvorila.  Tohtoročná situácia však bola aj v Arktíde z hľadiska teplôt výnimočná (naposledy sa podobná situácia vyskytla v roku 1997). Teploty poklesli vo februári a v marci 2011 pod -78 °C, čo sa okamžite prejavilo výrazným a veľmi rýchlym úbytkom celkového ozónu. Zatiaľ čo ozónová diera v Antarktíde „veľa“ škody nenarobí, to isté nemôžeme povedať v prípade Arktídy, ktorá priamo susedí s husto obývanými oblasťami Európy a Severnej Ameriky.   

 Obr. 3 Vývoj koncentrácie ozónu v októbri v rokoch 1979 (vľavo hore), 1987 (vpravo hore), 1999 (vľavo dole) a 2008 (vpravo dole) (Zdroj: NASA, http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html)

Obnova potrvá desaťročia

Obnovovanie ozónosféry bude trvať desaťročia, tak nad polárnymi oblasťami ako aj v globálnom meradle. Existuje dokonca predpoklad, že k zaceleniu ozónovej diery nad Antarktídou v jarnom období nedôjde skôr ako pred rokom 2060. V období najvýraznejšieho zredukovania ozónosféry na začiatku 90. rokov poklesla globálna koncentrácia ozónu, v porovnaní so stavom pred rokom 1980, o približne 5 %, v súčasnosti sa pohybuje na úrovni 3,5 %. Pokiaľ ide o ozónovú vrstvu nad Antarktídou, dá sa povedať, že je viac-menej stabilizovaná a k zväčšovaniu ozónovej diery už nedochádza. To ale neznamená, že sa situácia zlepšuje. Koncentrácie CFCs sú stále pomerne vysoké a pri akomkoľvek poklese teploty stratosféry pod kritickú úroveň hrozí aj nad Arktídou riziko dočasného zníženia koncentrácií O3 na hodnoty blízke 220 DJ, prípadne aj nižšie. Situácia sa ani v prípade Arktídy pravdepodobne nezlepší skôr ako do roku 2050.

Obr. 4   Vývoj plochy ozónovej diery v priebehu roka v období 1979-2010 a v roku 2010 (Zdroj: NASA, http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html)

Obr. 5   Vývoj minimálneho množstva ozónu v priebehu roka [DJ] v období 1979-2010 a v roku 2010 (Zdroj: NASA, http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html)

Globálne otepľovanie a stratosférický ozón

Obnova ozónosféry môže však podľa najnovších zistení trvať dokonca dlhšie ako sa pôvodne predpokladalo. V dôsledku intenzívnejšieho skleníkového efektu a vyšších koncentrácií oxidu uhličitého (CO2) v troposfére (vrstva zemskej atmosféry ležiaca pod stratosférou) sa stratosféra paradoxne čoraz viac ochladzuje. Tento dlhodobý trend potvrdili predovšetkým satelitné merania. K vyriešeniu problému žiaľ neprispievajú ani látky, ktoré nebezpečné CFCs v 90. rokoch nahradili – ide o HCFCs (hydrochlórofluórokarbóny), ktoré síce nepoškodzujú ozónosféru, zato sú však mimoriadne silnými skleníkovými plynmi, v porovnaní s CO2 sú niekoľko tisíckrát účinnejšie. Na mieste je preto predpoklad, že zimné poklesy teploty v spodnej stratosféry môžu byť nad Antarktídou a Arktídou výraznejšie než kedykoľvek predtým, s čím bude bezprostredne súvisieť aj pravidelnejší výskyt stratosférickej polárnej oblačnosti. Situácie podobné tej z marca 2011 sa zrejme v Arktíde stanú skôr pravidlom ako výnimkou.

Analýzu pripravil:  Mgr. Jozef Pecho,  Ústav fyziky atmosféry, AV ČR, Praha