Aktuality SHMU
Argentínska stanica Marambio v Antarktíde
Opis služobnej cesty na stanicu Marambio v Antarktíde a niekoľko poznámok k problematike ozónovej diery.
Český hydrometeorologický ústav od roku 2010 prevádzkuje v Antarktíde prístroj Brewerov ozonový spektrofotometer, ktorý tam v rámci vedeckého projektu vykonáva merania zamerané na monitoring ozónovej vrstvy zeme a slnečného UV žiarenia. Vďaka spolupráci medzi Českým a Slovenským hydrometeorologickým ústavom, v tomto konkrétnom prípade medzi pracoviskami Solární a ozónová observatoř, Hradec Králové a Aerologickým a radiačným centrom, Gánovce, bolo mi ako zamestnancovi SHMÚ umožnené zúčastniť sa pracovnej cesty na argentínsku stanicu Marambio v Antarktíde, ktorá sa nachádza na ostrove Seymour Island v oblasti Antarktického polostrova. Cieľom cesty bola kontrola a údržba tohto prístroja. Údržba sa vykonáva každoročne počas antarktického leta.
Okrem údržby prístroja bola jedným z cieľov cesty aj výmena senzorov na automatickej meteorologickej stanici prevádzkovanej Masarykovou Univerzitou v Brne, ktorá sa nachádza v blízkosti stanice Marambio.
Brewerov ozonový spektrofotometer je prístroj, ktorý dokáže na základe spektrálnej analýzy slnečného žiarenia určiť celkové množstvo atmosférického ozónu vo vertikálnom stĺpci nad miestom merania. Okrem toho ďalej dokáže vykonávať aj merania vertikálneho profilu ozónu, tzv. Umkehr metódou. Spektrálne zloženie a hustotu toku slnečného UV žiarenia meria v oblasti vlnových dĺžok od 286,5 nm do 363 nm (väčšina UV-B a časť UV-A oblasti) s krokom 0,5 nm. Rovnaký prístroj od roku 1993 prevádzkuje aj SHMÚ na špecializovanej stanici v Gánovciach pri Poprade. Ide o jedinú stanicu s takýmito meraniami na území celej Slovenskej republiky.
Logisticky najzložitejšou časťou cesty bola letecká preprava z juhu Argentíny, z mesta Rio Gallegos na stanicu Marambio a späť. Zabezpečujú ju Vzdušné sily Argentíny pomocou vojenského lietadla typu Herkules, ktorého let závisí od viacerých podmienok (počasie, technický stav, priority argentínskej armády a iné). Pobyt na stanici Marambio sa preto musel prispôsobiť daným podmienkam a vzhľadom na vyskytnuté okolnosti trval iba 3 dni. Nižšie prinášam krátku fotodokumentáciu z danej cesty.
Brewerov ozónový spektrofotometrer je na stanici Marambio umiestnený s cieľom monitorovať stav poškodenej ozónovej vrstvy a slnečného UV žiarenia v tejto polárnej oblasti. Ozónová diera nad Antarktídou je v súčasnosti už všeobecne známym pojmom, pričom ale niektorí ľudia ho nesprávne chápu, pretože si myslia, že ide o územie, nad ktorým sa ozón vôbec nenachádza. Ozónová diera je ale odborníkmi definovaná ako geografické územie, nad ktorým je celkové množstvo ozónu menšie ako 220 Dobsonových jednotiek. Asi vhodnejšie by bolo zvoliť iné pomenovanie, ktoré by lepšie zdôraznilo fakt, že ide iba o lokalitu so stenčenou vrstvou celkového ozónu a nie o lokalitu s úplnou absenciou ozónu. Zatiaľ najnižšia hodnota aká kedy bola zaznamenaná na Zemi pripadá práve pre oblasť Antarktídy. Dňa 30. septembra 1994 tam dosiahlo množstvo celkového ozónu nad určitým miestom úroveň iba 73 Dobsonových jednotiek.
Pre lepšiu predstavu o aké výrazne zredukované množstvo ozónu vtedy išlo je vhodné pripomenúť definíciu Dobsonovej jednotky. Jedna Dobsonová jednotka (1 DU) je ekvivalentná hrúbke ozónu s hodnotou 0,01 mm, za teoretického predpokladu jeho čistého (homogénneho) výskytu iba pri zemskom povrchu, pri teplote 273 K a tlaku 1013 hPa. Ide iba o teoretický predpoklad, pretože ozón sa normálne vyskytuje vo vrstve hrubej niekoľko desiatok kilometrov a vo veľmi nízkych koncentráciách. Najvyššie koncentrácie dosahuje v stratosfére, vo výške od 20 km do 30 km, s maximom okolo 25 km. Práve stratosférický ozón označujeme pojmom ozónová vrstva. Z vyššie uvedeného vyplýva, že spomenutý extrém s hodnotou 73 DU predstavuje teoretickú hrúbku celkového ozónu s hodnotou iba 0,73 mm. Nebyť nežiadúceho vplyvu ľudstva, tak v danej ročnej dobe a na domom mieste by sa normálne očakávala hodnota na úrovni okolo 310 DU, čo predstavuje teoretickú hrúbku 3,1 mm.
Najnižšia hodnota celkového ozónu nameraná nad severnou pologuľou ani zďaleka nedosiahla tak nízkych hodnôt ako je to v prípade južnej pologule. Pre severnú polovicu Zeme má najnižšia známa hodnota celkového ozónu veľkosť 165 DU. Počas tejto situácie teda išlo rovnako o oblasť s hodnotou celkového ozónu výrazne menšou ako 220 DU (definovaná hranica pre ozónovú dieru), ale v prípade severnej pologule sa skôr zvykne používať pomenovanie mini ozónová diera. V porovnaní s antarktickou ozónovou dierou sú mini ozónové diery nad severnou pologuľou oveľa menšie a zotrvávajú rádovo iba hodiny, výnimočne dni. Nad Antarktídou zotrváva ozónová diera rádovo týždne až mesiace. Územie Slovenska počas známej histórie meraní v Gánovciach pri Poprade zasiahla mini ozónová diera 2 krát. Stalo sa tak 1. januára 1998, denný priemer celkového ozónu mal vtedy hodnotu 201 DU a 1. decembra 1999, denný priemer celkového ozónu mal hodnotu 205 DU.
Vráťme sa ale naspäť do Antarktídy. Objav antarktickej ozónovej diery vedcami Farmanom, Gardinerom a Shanklinom, prvýkrát opublikovaný v časopise Nature v máji 1985 prišiel ako šok pre vedeckú komunitu, pretože pokles polárneho ozónu bol oveľa väčší než ktokoľvek predpokladal. Je zaujímavé, že satelitné merania celkového ozónu dostupne už od roku 1976 svedčiace o masívnom úbytku ozónu nad Antarktídou, boli pôvodne odmietnuté, pretože hodnoty boli neočakávane nízke. Odborníci si najskôr mysleli, že ide o chybu v merania a až neskôr sa zistilo, že merania sú pravdivé. Z vedeckých poznatkov vyplýva, že alarmujúci stav ozónovej vrstvy nad Antarktídou je spôsobený ľudskými aktivitami spojenými s emisiou látok, ktoré sú pri vhodných podmienkach schopné ničiť stratosférický ozón.
Hlavnou príčinou antropogénneho zoslabenia ozónovej vrstvy bola emisia plynov zo zemského povrchu, ktoré obsahujú prvky halogénovej skupiny (dôležité sú najmä chlór a bróm). Dané plyny sa najskôr hromadia v spodnej troposfére a postupne sa za vhodných podmienok dostavajú aj do stratosféry. Väčšina týchto plynov prostredníctvom chemických reakcií za spoluúčasti slnečného UV žiarenia následne v stratosfére konvertuje na reaktívne halogénové plyny. Tieto reaktívne plyny sú už schopné zoslabovať ozónovú vrstvu. Konverzia na reaktívnu formu je významne závislá na teplote. Keď teplota počas polárnej noci v Antarktíde alebo v Arktíde klesne pod cca -78 °C začnú sa vytvárať tzv. polárne stratosferické oblaky, ktoré môžu byť rôzneho zloženia a rôznej formy (kvapalná, pevná). Pri chemických reakciách za veľmi nízkej teploty dochádza na povrchu týchto stratosférických oblakov k významnému zvýšeniu tvorby reaktívnych halogénových plynov.
.jpg)
Obr. 1: Arktický polárny stratosférický oblak. [3]
Stratosféra sa nad Antarktídou počas polárnej noci ochladzuje na oveľa nižšie teploty ako je tomu v prípade Arktídy. Preto je na úbytok ozónu citlivá omnoho viac Antarktída ako Arktída. Jasne to dokumentuje nasledujúci obrázok.
Obr. 2: Minimá teploty vzduchu v polárnej stratosfére. [3]
Ozónová diera sa nad Antarktídou zvyčajne vyskytuje od augusta až do začiatku decembra. Jej vznik je ale viazaný na obdobie končiacej sa polárnej noci, ktoré sa vyskytuje na prelome zimného a jarného obdobia južnej pologule. Na vznik ozónovej diery sú teda potrebné 3 podmienky: škodlivé plyny, slnečné UV žiarenie a dostatočne nízka teplota v stratosfére. Až pri ich súčasnom spolupôsobení dochádza k výraznej deštrukcii ozónu v stratosfére. Najväčšia ozónová diera aká kedy bola pozorovaná nad Antarktídou mala rozlohu 29,9 miliónov km2, stalo sa tak 9. septembra v roku 2000. V predchádzajúcom roku 2017 dosiahla maximálna rozloha ozónovej diery hodnotu 19,6 miliónov km2. Jej vývoj od roku 1979 dokomentuje priložený obrázok.
Obr. 3: Maximálna ročná rozloha ozónovej diery nad Antarktídou od roku 1979 do roku 2017. [5]
Stanica Marambio sa nachádza v okrajových častiach Antarktídy, z toho vyplýva, že v prípade výskytu ozónovej diery sa rovnako nachádza na jej okraji. Samotný tvar ozónovej diery je často nesférický, dynamicky sa meniaci, pričom ozónová diera nad Antarktídou rotuje v smere hodinových ručičiek. Z uvedeného vyplýva, že ozónová diera sa nad stanicou Marambio zvykne vyskytovať v nepravidelných periodických intervaloch, ako tomu bolo aj v predchádzajúcom roku. Pekne to dokumentuje nasledujúci obrázok.
Obr. 4: Vývoj celkového atmosférického ozónu na stanici Marambio za posledný rok doplnený o dlhodobí priemer. [6]
Nech sa páči, zopár fotografií z cesty:
Obr. 5: Stanica Marambio je hlavnou argentínskou základňu v Antarktíde. Na obrázku je znázornené umiestnenie aj ďalších argentínskych staníc.
Obr. 6: Let z juhu Argentíny na stanicu Marambio trval približne 3,5 hodiny a zabezpečujú ho Vzdušné sily Argentíny prostredníctvom lietadla typu Herkules.
Obr. 7: V Herkulese zvykne byť dosť tesno a nepohodlne.
Obr. 8: Oficiálny argentínsky názov stanice je Base Marambio. Fotografia ukazuje tabuľu pred vchodom do hlavnej budovy.
Obr. 9: Hlavný komplex, v pozadí morská hladina čiastočne pokrytá ľadom.
Obr. 10: Fotografia z jedálne. Na stanici Marambio je v lete okolo 100 – 200 ľudí, v zime menej, len okolo 50. Vedci tvoria výraznú menšinu, značne prevažuje personál a vojaci.
Obr. 11: Brewerov ozónový spektrofotometer.
Obr. 12: Fotografia spravená počas cesty k meteorologickej stanici pri pobreží.
Obr. 13: Meteorologická stanica zriadená Masarykovou Univerzitou v Brne.
Obr. 14: Úloha: nájdi na fotografii tučniaka :)
Obr. 15: Najkrajšia miestnosť na stanici Marambio, forografia interiéru kaplnky.
Použité informačné zdroje:
[1] Seinfeld, J. H., Pandis, S. N.: Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change, second edition, John Wiley & sons, inc., New Jersey, USA, 1203 pp., 2006.
[2] Metelka, L., Stanek, M., Vaníček, K.: Pět let měření ozonu v Antarktidě, Meteorologické Zprávy, 69, 2016.
[3] World Meteorological Organization: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2010, Global Ozone Research and Monitoring Project Report No. 52, 2011.
[4] https://josvg.home.xs4all.nl/KNMI/hole1999/hole-np.html
[5] https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/statistics/annual_data.html
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Ozone_depletion#Antarctic_ozone_hole
[8] http://www.theozonehole.com/