PRAHA, BRATISLAVA. 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 kilometrov (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 1013 hPa nebola hrubšia ako 3 milimetre.
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 % ultrafialového žiarenia.
Len na okraj možno uviesť, že každé zníženie koncentrácie O3 o jedno percento vedie k nárastu intenzity UV-B žiarenia dopadajúceho na zemský povrch o jedno percento, a rovnako aj nárastu UV indexu o dve percentá.
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 až 350 Dobsonovych jednotiek (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 (500-600 DJ).
Ozónová diera aj nad Európou?
Od polovice osemdesiatych 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.júna 1994).
Aj keď sa vedcom v priebehu veľmi krátkeho obdobia podarilo odhaliť pravého vinníka tohto problému a dosiahnuť zákaz výroby chlórofluórokarbonových halogénov (CFC) 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. kilometrov štvrocových (takmer dvojnásobná rozloha Antarktídy).
Prečo sa ale ozónová diera vyskytuje len v oblasti južného pólu a nie niekde inde, keď vieme, že CFC sú už rovnomerne rozptýlené po celej Zemi?
Odpoveď je pomerne jednoduchá. Príčinou sú špecifické meteorologické podmienky, a to predovšetkým mimoriadne nízke teploty spodnej stratosféry na konci antarktickej zimy, ktoré klesajú až k -90 °C.
Pri teplotách nižších ako -78 °C vznikajú vhodné podmienky pre tvorbu takzvaných stratosférických polárnych oblakov (PSCs), na aerosóloch ktorých dochádza vplyvom intenzívneho UV žiarenia k „rozbíjaniu“ molekúl CFC, 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 „odpadových“ 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 CFC 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 ultrafialovým žiarením ovplyvňovať stratosférické vrstvy.
Stratosféra nad Arktídou nie je však taká chladná ako nad južným pólom, preto sa dodnes nad touto oblasťou nikdy ozónová diera nevytvorila – aspoň nie v takom rozsahu ako nad Antarktídou.
Situácia na konci zimy 2010/11 bola však v Arktíde z hľadiska teplôt v stratosfére výnimočná, a naposledy sa podobná situácia vyskytla v roku 1997.
K tomuto poklesu významne prispeli najmä cirkulačné podmienky v okrajových častiach Arktídy. Silnejšie stratosférické prúdenie v oblasti takzvaného polárného vortexu viedlo už od decembra 2010 k izolovaniu veľkého objemu studeného stratosférického vzduchu nad Arktídou – táto situácia pritom pretrvala až do apríla 2011.
Teploty v spodnej stratosfére tak poklesli vo februári a v marci 2011 až pod -78 °C, čo sa okamžite prejavilo výrazným a veľmi rýchlym úbytkom celkového ozónu.
Menej ozónu
Nad strednou Európu máme dnes stále relatívne nízke koncentrácie atmosférického ozónu.
Tie, zhruba o päť až desať percent nižšie v porovnaní s dlhodobým normálom, sú dôsledkom udalosti, ku ktorej došlo na konci zimy 2010/11. Vtedy pozemné ako aj satelitné merania zaznamenali nad rozsiahlymi oblasťami Arktídy nezvyčajne nízke hodnoty tohto plynu v spodnej stratosfére.
V marci 2011 signalizovali niektoré arktické stanice pokles koncentrácií ozónu až o 80 percent v porovnaní s dlhodobým priemerom.
Jednu z najnižších hodnôt zaregistrovali nad centrálnou Sibírou, a to 250 Dobsonovych jednotiek (DJ), čo je len 30 DJ nad úrovňou, kedy sa už hovorí o „ozónovej diere“.
CFC a chlad
Situácia z minuloročnej jari sa tento rok našťastie nezopakovala, no aj napriek tomu sa zdá, že obnova ozónosféry nad Arktídou a priľahlými časťami severnej pologule napreduje pomalšie, než sa pôvodne predpokladalo.
Hlavnú príčinu takejto rýchlej deštrukcie ozónu vo výške prevažne 18 až 23 kilometrov na konci zimy 2010/11 možno vidieť v ešte stále vysokých koncentráciách chlórofluórokarbonových halogénov (CFCs) – sú to látky, ktoré likvidujú molekuly ozónu.
No ďalším faktorom boli aj nezvyčajne nízke teploty stratosféry, ktoré v priebehu februára a marca 2011 poklesli až pod -78 °C.
Pri takýchto podmienkach sa za spoluúčasti slnečného žiarenia uvoľňujú zo zlúčenín CFC molekuly chlóru a brómu, ktoré bývajú hlavnými katalyzátormi deštruktívnych reakcií vedúcich k mimoriadne rýchlej redukcii ozonosféry.
Preto aj napriek tomu, že sa podarilo pomerne rýchlo zastaviť výrobu týchto látok (Montreálsky protokol z roku 1987), obnovenie poškodenej ozónosféry na úroveň spred roku 1980 potrvá niekoľko desaťročí.
Obnova potrvá desaťročia
Obnovovanie ozónosféry však bude trvať dlho nielen nad polárnymi oblasťami, ale 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 päť percent, 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 v Antarktíde výrazne zlepšuje. Koncentrácie CFC 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.
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 – to je vrstva zemskej atmosféry ležiaca pod stratosférou - sa stratosféra naopak čoraz viac ochladzuje (v 90. rokoch bol pokles teploty v spodnej stratosfére čiastočne spôsobený aj redukciou celkového ozónu, ktorý v tejto vrstve atmosféry pôsobí ako významný skleníkový plyn).
Tento dlhodobý trend potvrdili predovšetkým satelitné merania. K vyriešeniu problému žiaľ neprispievajú ani látky, ktoré nebezpečné CFC v 90. rokoch nahradili – ide o HCFC (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.
Autor je klimatológ, Ústav fyziky atmosféry AV ČR.
Autor: Jozef Pecho
