Žijeme v době extrémů. Alespoň se o tom systematicky a cíleně přesvědčujeme. Kdo vyrukuje s vážnější hrozbou, bere...
Do sbírky všech hrůz, kterými donedávna přívětivá příroda trestá naši bezbřehou domýšlivost a lhostejnost, přibyla „ozonová díra“ i nad severním pólem – Arktidou. Alespoň podle některých médií (například zde, ale našli by se zdroje i v jazycích pro nás srozumitelnějších).
Zdrojem informace je prohlášení Světové meteorologické organizace WMO (World Meteorological Organization), která samozřejmě o žádné ozonové díře nemluví, nýbrž o „rekordním úbytku ozonu, který toto jaro dosáhl nad Arktidou bezprecedentní úrovně“. Příčinou je kombinace přítomnosti chemických látek, které působením UV záření katalyzují rozpad molekuly O3 a rekordně nízké teploty polární stratosférické vrstvy. Než si ale na tuto situaci posvítime, řekněme si proč se mýlí ti, jež ji nazvali „ozonovou dírou“.
Asi by odpovědi na otázku Kde a kdy byste na Zemi ozonovou díru hledali, dopadly zajímavě. Nakonec Nikdo není dokonalý... V severní polární oblasti se nevyskytuje, zato nad jižním pólem se objevuje každoročně, ale jenom v poslednch mesících roku, kdy zde nastane jaro. Tedy ani nad Antarktidou se nenachází trvale. Vytvoří se, když po našem letním slunovratu sluníčko „vracející“ se od obratníku Raka k jihu začne paprsky ozařovat stratosféru nad antarktickou oblastí. V průběhu polární noci (v našem létě) se okolo jižního kontinentu vytvoří mohutné a vytrvalé cirkumpolární proudění zasahující do stratosféry. V centru tohoto víru jsou jako v pasti uvězněny extrémně podchlazené masy vzduchu s teplotou pod –78 °C. I když je suchý, zbytky vlhkosti spolu se sloučeninami dusíku (zejména HNO3.3H2O), síry (většina pochází z vulkanické činnosti) a známými chlor-fluorovanými uhlovodíky (CFC) vymrzají v podobě drobných krystalků a tvoří vysoká, duhově zářící stratosférická polární oblaka. Pod vlivem slunečního UV záření v nich více než jinde dochází k chemickým reakcím, uvolňování reaktivních iontů, které rozkládají molekuly stratosférického ozonu. Jeho úbytek se nerozptyluje a nekompenzuje výměnou vzdušných mas, proto se stále prohlubuje. Když hodnota celkového ozonu v celém vertikálním profilu atmosféry klesne pod jistý limit (viz dále), hovoříme o ozonové díře. S nástupem antarktického léta se stabilní cirkumpolární atmosférické proudění zmírní, teplota stoupne, past se otevře a ozonová díra postupně v prosinci vymizí. To je mechanismus, který nad jižním pólem působí s různou intenzitou každoročně.
Nad severním pólem – Arktidou – je i díky zcela odlišnému rozložení pevniny a moře systém atmosférických proudů složitější a variabilnější (mnohé napoví tyto animace). V jarních měsících zde - na rozdíl od jižního pólu - nejenže žádná ozonová díra nevzniká, nýbrž se ve vyšších zeměpisných šířkách hromadí nejvíce ozonu v porovnání s jinými ročními obdobími. Dokládají to i následující obrázky s loňskými měsíčními průměry celkového ozonu pro celou Zemi. Čím je příslušná oblast červenější, tím je v stratosféře nad ní ozonu více. Opačný extrém - nízké hodnoty - jsou znázorněné modrými až šedými odstíny. Mapky jsou ze stránky kanadského World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre (WOUDC). V archivu asi z technických důvodů chybí prosinec 2010, proto je v přehledu nahrazen lednem 2011.
| Měsíční průměry celkového množství ozonu - 1. pololetí 2010 | Měsíční průměry celkového množství ozonu - 2. pololetí 2010. Namísto prosince 2010 je leden 2011 |
To, že je v porovnání se zbytkem roku na jaře na severu (statisticky) více ozonu, který se sem přesouvá ve vrchních vrstvách atmosféry z tropických a subtropických oblastí, ještě nevylučuje, že zde také – i když menší mírou nepůsobí stejné mechanizmy jako na jihu a k rozkladu ozonu nedochází. I zde rotující atmosférické proudy mohou vytvořit velký vír zasahující vysoko do stratosféry a uvěznit silně podchlazené vzdušné masy. Pak působením jarních slunečních paprsků poklesne koncentrace ozonu mnohem výrazněji. I když se největší vina notoricky klade halogenovaným uhlovodíkům ("freonům"), méně se ví, že zejména ve vyšších stratosférických vrstvách destrukčně působí zejména oxidy dusíku.
Letos se kromě specifického proudění pod výjimečnou situaci podepsal i extrémní chlad v stratosféře nad Arktidou, což přispělo k tomu, že se v druhé polovině března naměřil o asi deset procent větší pokles ozonu, než je jeho dosavadní 30% maximální snížení. Tyto hodnoty se vztahují k stanovenému "normálu" - k průměru vypočtenému za desetiletí 1978 – 88.
Navzdory rekordnímu poklesu ale mluvit o ozonové díře nelze. Protože tímto pojmem označujeme oblast nad níž klesla hodnota celkového atmosférického O3 pod 220 Dobsonových jednotek, značených zkratkou DU. Jde o přepočet vyjadřující, jak silnou vrstvičku by při teplotě 0 °C a tlaku 760 torrů tvořil veškerý ozon nacházející se v celém sloupci atmosféry kolmo nad daným místem. 1 DU za daných podmínek představuje vrstvu 0,01 mm, 100 DU 1 mm a zmíněných 220 DU znamená, že bychom ze všeho ozonu, který se nad daným místem v atmosféře nachází, vytvořili vrstvu 2,2 mm.
Následující mapy zobrazují letošní březen i jeho jednotlivé dekády a odchylky od zmíněného „normálu“, tedy průměru 1978 - 88. Odhalují, že výraznější úbytek byl relativně krátkodobý a situace se již koncem března zlepšila.
Na jihu se antarktická ozonová díra před čtvrtrokem uzavřela a jiná (s hodnotou celkového ozonu pod 220 DU) se od těch dob nevytvořila nikde na světě a do září ani nevytvoří.
| Celkový ozon - průměr za celý březen 2011 | Celkový ozon - průměr za 1. březnovou dekádu | Celkový ozon - průměr za 2. březnovou dekádu | Celkový ozon - průměr za 3. březnovou dekádu |
| Rozdíly od průměrných hodnot 1978-88 - průměr za celý březen 2011 | Rozdíly od průměrných hodnot 1978-88 - průměr za 1. březnovou dekádu | Rozdíly od průměrných hodnot 1978-88 - průměr za 2. březnovou dekádu | Rozdíly od průměrných hodnot 1978-88 - průměr za 3. březnovou dekádu |
Paradoxem je, že nejvíce ozonu v stratosféře vzniká působením slunečního UV záření právě nad tropickými a subtropickými oblastmi. Tepelné proudění ho ale přesouvá směrem k vyšším chladnějším zeměpisnými šířkám, a tak o něj nejvíce sluncem obdařené a UV zářením ohrožené pásma přichází. Celoročně ho mají nejméně. Stěží byste někdy zachytili situaci, kdy mezi oběma obratníky není žádná oblast s hodnotou těsně nad 220 DU. Jak naznačuje měření z 5. dubna, teď jsou z hlediska nízké úrovně stratosférického ozonu na tom nepoměrně hůř například obyvatelé severní Austrálie, kterým skončilo léto.
Přesto vědci přes média varují před zvýšeným UV zářením v severních oblastech. Ale i na územích s nejvyšším poklesem ozonu není a ani nebyla situace nijak dramatická. A v našich končinách už vůbec ne. Ve střední Evropě se hodnota celkového ozonu pohybuje okolo 350 - 370 DU (situace se ze dne na den dost mění – viz). I když je to okolo 5 až 10 % pod „normál“, je jasné, že lidé z rovníkové oblasti, kterým teď necelé tři týdny po jarní rovnodennosti slunce praží přímo z nadhlavníku, by nám mohli závidět. Mají o přibližně 100 Dobsonových jednotek, čili asi o čtvrtinu ozonu v atmosféře nad sebou méně.
Porovnejme si současnou situaci s dnem letního slunovratu – 21. června, kdy jsou sluneční paprsky nejkolmější. Následující mapy znázorňují den loňského slunovratu, kdy jsme se nacházeli v tom samém rozsahu hodnot celkového ozonu jako v současnosti – tedy okolo 360 DU. Což je, jak potvrzuje mapa odchylek, hodnota pro toto letní období zcela normální. A když situaci zhodnotíme „globálním“ pohledem, zjistíme, že vzhledem k porovnávanému „normálu“ se ani z celosvětového hlediska nic dramatického nedělo.
| Ozonová situace v den loňského letního slunovratu, kdy sluneční paprsky svítí nejkolměji za celý rok. | Odchylky od průměrných hodnot 1978-88 - den loňského letního slunovratu |
Je nutné počítat s tím, že se do médií dostanou jenom ty extrémní, nebo spíše extrémně negativní zprávy. Žel často i díky vědcům. O zatím jediné známé ozónové díře nad Antarktidou nebylo koncem roku 2010 velmi slyšet. Zato o jejím extrémní rozloze a hloubce v roce 2006 informovala všechna relevantní média a němečtí vědci si pospíšili s prohlášením, že se ozonová rekonvalescence odkládá. Mýlili se, v posledních pěti letech je ozonová díra stále menší. A tak jiní vědci teď bádají nad tím, jak její uzavírání přispěje k oteplení Antarktidy, která se pak již nebude vymykat z globálního oteplování.
| Ozonová díra se nad Antarktidou tvoří v poslední 4 měsíce roku. Horní diagram znázorňuje její průměrnou rozlohu za období 7. 9. až 13. 10., kdy bývá největší. Na dolním grafu jsou průměry celkového ozonu v odobí 21. 9. až 16. 10., kdy ozonu bývá nejméně. | Zatím poslední ozonová díra z konce roku 2010 v porovnání s její maximální rozlohou v roce 2006. Bylo to po 17 letech platnosti Montrealského protokolu, kdy nejen v produkci, ale i v atmosféře halogenované uhlovodíky prokázatelně ubyly... |
Za výrazný úbytek ozonu mohou „freony“, přesněji těkavé uhlovodíky, v jejichž molekule jsou některé nebo všechny vodíky nahrazeny chlorem a fluorem. Jsou relativně stabilní, ale působením UV záření se z nich uvolňuje reaktivní chlor, který při kontaktu molekulu ozonu štěpí. 1. ledna 1989 vstoupily v platnost závěry Montrealského protokolu zamezujícího produkci plně i částečně chlor-fluorovaných uhlovodíků (CFC a HCFC) a brom-fluorovaných uhlovodíků. Jejich produkce prudce klesla i situace v atmosféře se od té doby zlepšuje. Často slýcháme, že to ještě není výhra, že tyto látky mají díky chemické stabilitě velmi dlouhou „životnost“. To je pravda, ale faktem zároveň je, že jsou mnohem těžší než molekuly jiných atmosférických plynů. Například známý tetrachlormethan (CCl4 – tedy metan, jehož všechny čtyři vodíky jsou nahrazeny chlorem) má molovou hmotnost téměř 154 g/mol a za běžných podmínek je tekutinou. Snad tato vlastnost přispěje k rychlejšímu vypadávání těchto rizikových látek z atmosféry. Málokdo ze zainteresovaných výzkumníků to nyní připouští. Další generace by ale mohly zjistit, že každoroční ozonové variace s množstvím CFC a HCFC z dlouhodobého hlediska nekorelují podle našich předpokladů a že ozonová díra nad Antarktidou je k lidstvu lhostejnější, než si myslíme.
| Roční produkce chlor-fluorovaných uhlovodíků se po přijetí Montrealského protokolu výrazně snížila. Obrázek vpravo znázorňuje mechanizmus jejich destrukčního působení na ozon. | Měření prokázalo, že i ve stratosféře došlo k poklesu agresivního chloru, který se z halogenovaných uhlovodíků uvolňuje. |
Dodatek (14. 4.):
Od výjimečné (výjimečně negativní) situace v druhé polovině března nepřešel ani měsíc a tam kde bylo extrémní minimum, je teď nejvíce ozonu na celé Zemi. Dokonce více, než před rokem (následující mapy celkového ozonu se vztahují k datu 13. duben 2010 a 2011). Je to obraz nejen toho, jak se ozonová situace rychle mění, ale i jak mohou katastrofické zprávy v globálnějším kontextu vypadat.
