Globalne ocieplenie jest wciąż gorącym tematem w mediach społecznościowych. Nadchodzący kryzys klimatyczny, o którym ostrzegają naukowcy, jest często bagatelizowany przez tzw. denialistów klimatycznych. Popularnym błędem logicznym jest odwołanie do rzekomo fałszywego zagrożenia dziurą ozonową pod koniec XX wieku. W artykule wyjaśniamy, że dziura ozonowa jest dokładnie tam, gdzie była, a zahamowanie jej wzrostu jest zwycięstwem nauki i globalnej współpracy.
Źródło: Twitter
Czym jest ozon?
Ozon jest bezbarwnym gazem występującym w atmosferze. Jest go stosunkowo bardzo mało, a jego zawartość ulega dużemu zróżnicowaniu w zależności od szerokości geograficznej i pory roku. Jego największą ilość można zaobserwować w okolicach biegunów w stratosferze, czyli na wysokości od 7 do 50 km. Dlaczego powłoka ozonowa jest ważna? Z uwagi na to, że jest to naturalna warstwa gazu, która chroni ludzi i inne żywe istoty przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym (UV) słońca. Gdyby powłoki tej nie było, promienie UV doprowadziłyby do epidemii nowotworów skóry. Promieniowanie UV jest także odpowiedzialne za oparzenia słoneczne. Ponadto uszkadza oczy, podrażniając spojówkę i rogówkę.
Dziura ozonowa — geneza
W maju 1985 roku trójka naukowców (J. C. Farman, B. G. Gardiner, J. D. Shanklin) ze stacji badawczej Halley Bay na Antarktydzie opublikowała badanie, które wykazało, że powłoka ozonowa nad stacją straciła jedną trzecią swojej grubości w porównaniu z poprzednimi dziesięcioleciami. W pracy wykazali, że przyczyną rozpadu ozonu jest związek chemiczny zwany chlorofluorowęglowodorem (CFC — freony), stosowany wówczas w aerozolach i urządzeniach chłodzących. Od tego przełomowego momentu zaczęło funkcjonować pojęcie dziury ozonowej.
Już wcześniej, bo w 1974 roku, naukowcy Mario Molina i F. Sherry Rowland opublikowali teorię, według której fotodysocjacja CFC w stratosferze wytwarza znaczne ilości atomów chloru i prowadzi do zniszczenia ozonu atmosferycznego. Do tego samego wniosku doszedł Paul Crutzen, który próbował wyjaśnić rozmieszczenie ozonu na różnych wysokościach. Podczas tych prób odkrył, że tlenki azotu mogą katalizować reakcje niszczące ozon. Molina, Rowland i Crutzen za swoje odkrycie otrzymali w 1995 roku nagrodę Nobla.
Dlaczego dziura ozonowa powstała nad Antarktydą?
W rejonie Antarktydy występują specyficzne warunki sprzyjające gromadzeniu się tlenków chloru i bromu. Ich objawem są chmury stratosferyczne, które charakteryzują się niską temperaturą. Ilość chmur wzrasta w miesiącach zimowych (lipiec-wrzesień), gdy temperatura na wysokości 20 km spada poniżej -90° C. Jak czytamy w pracy Dziewulskiej i Hrynczyk:
Wyniki badań laboratoryjnych wykazały, że powierzchnie aerozolu w chmurach stratosferycznych wpływają bardzo efektywnie na przekształcanie się związków trwałych chloru, takich jakimi są C10N02 i HC1, w związki bardziej reaktywne, jak Cl2 i HOC1, z których atomy chloru są wyzwalane w procesach fotolizy.
Kryształki lodu zawarte w chmurach pełnią rolę katalizatora dla reakcji chemicznych, w wyniku których pod wpływem promieniowania UV następuje rozpad ozonu. Każdy atom chloru może spowodować w wyniku wielu reakcji łańcuchowych rozpad tysięcy cząsteczek ozonu. Raz uwolniony do atmosfery związek chloru może reagować przez kilkadziesiąt lat, niszcząc powłokę ozonową. Dlatego właśnie problem dziury ozonowej nie zniknął. Naukowcy szacują, że jej regeneracja potrwa kilkadziesiąt lat.
Te same procesy powodują zubożenie warstwy ozonowej nad Arktyką, jednak problem nie jest tak poważny jak na południu. Wynika to z tego, że stratosfera nad Arktyką nie jest tak zimna jak stratosfera nad Antarktydą. Nad biegunem północnym chmury stratosferyczne nie są tak powszechne jak nad biegunem południowym. Dlatego jest to mniej sprzyjające środowisko dla reakcji chemicznych niszczących ozon.
Protokół montrealski
Konsensus naukowy dotyczący dziury ozonowej był ówcześnie atakowany przez przemysł. Jak czytamy w artykule z Los Angeles Times, w sierpniu 1977 r. prezes jednej z firm produkujących aerozole zasugerował, że krytyka freonów została „zorganizowana przez Ministerstwo Dezinformacji KGB”. Na szczęście, politycy woleli zaufać naukowcom.
W 1977 r. przyjęto zachowawczy globalny plan działania, wzywający do monitorowania powłoki ozonowej. Ostrzegawcze wyniki badań naukowych doprowadziły do podpisania Konwencji Wiedeńskiej w 1985 r., wzywającej do… dalszych badań. Nie zawarto w niej żadnych wiążących obostrzeń dotyczących redukcji CFC. W tym samym roku odkryto dziurę ozonową i to znacząco przyspieszyło działania polityków.
W 1987 r. przyjęto Protokół montrealski, który wszedł w życie w 1989 r. To międzynarodowe porozumienie wyznaczyło konkretne terminy ograniczania i wyeliminowania produkcji oraz stosowania substancji zubożających warstwę ozonową. Od tego czasu został ratyfikowany przez 195 krajów. W latach 90. i na początku XXI wieku produkcja i konsumpcja freonów została wstrzymana.
Według najnowszych badań, jeśli obecna polityka zostanie utrzymana, oczekuje się, że warstwa ozonowa powróci do wartości z 1980 r. (przed pojawieniem się dziury ozonowej) do około 2066 r. nad Antarktydą, do 2045 r. nad Arktyką i do 2040 r. dla reszty świata.
Dziura ozonowa — teraz
NASA publikuje codzienne badania nad powłoką ozonową nad Antarktydą na stronie Ozone Watch. Na poniższym porównaniu widzimy zdjęcia dziury ozonowej z najaktywniejszego okresu, czyli października, oraz aktualne z 11 maja 2023 r. Fioletowe i niebieskie kolory oznaczają najmniejszą, a zielony większą ilość ozonu.
O przyszłości walki z dziurą ozonową mówi Laura Revell, profesor fizyki środowiskowej na Uniwersytecie Canterbury w Nowej Zelandii:
Duże erupcje wulkanów zazwyczaj powodują krótkotrwałe straty ozonu, podczas gdy podtlenek azotu, silny gaz cieplarniany emitowany w wyniku stosowania nawozów w rolnictwie, jest również silną substancją niszczącą ozon. Jednak nie jest on kontrolowany przez Protokół Montrealski. Istnieją również działania, których wpływu jeszcze w pełni nie rozumiemy, ale mogą stwarzać ryzyko, takie jak wystrzeliwanie rakiet.
Podsumowanie
Protokół montrealski jest jedynym dokumentem, który został powszechnie ratyfikowany przez wszystkie kraje na Ziemi. Jest też idealnym przykładem na to, jak poparta konsensusem naukowym solidarność międzynarodowa może mieć zbawienny wpływ na przyszłość ludzkości. Niestety, o ile wymiana freonów w niektórych produktach była łatwa do przeprowadzenia, to paliwa kopalne są wszechobecne w naszym życiu i ich zastąpienie nie jest już tak łatwe. Jednakże dziura ozonowa nie jest „ściemą”. Jest nadal aktualnym i ważnym problemem, na szczęście pod kontrolą naukowców i społeczności międzynarodowej.
Źródła
Nature: Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOJNOx interaction
Nature: Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: chlorine atom-catalysed destruction of ozone
BBC: What happened to the world’s ozone hole?
Los Angeles Times: https://www.latimes.com/archives/la-xpm-1988-07-14-mn-8873-story.html
ONZ: Ozone layer recovery is on track, helping avoid global warming by 0.5°C
NASA: Ozone Watch
Anna Dziewulska-Łosiowa, Regina Hrynczyk: Ozon w stratosferze i troposferze
