Mokslo ir technologijų pasaulis

Ozonas – O3 , stipriai kvepianti, turinti tris deguonies atomus deguonies atmaina. Tai ypatingai svarbus žemės atmosferos dujinis elementas, nors sudaro tik milijoninę jos dalį.

Ozono yra visoje atmosferoje iki 80 km aukščio, tačiau didžiausias jo tankis stratosferoje, 20-30 km aukštyje. Čia esantis ozonas sugeria trumpabangę ultravioletinę (UV) Saulės spinduliuotę, apsaugodamas gyvąjį pasaulį nuo pražūtingo jos spindulių poveikio. Ozoną, kurio pavadinimas kilo nuo senovės graikų kalbos žodžio „ozõn“ – „kvepėti“, 1840 metais atrado vokiečių chemikas Ch. F. Schoenbeinas.

Stratosferinis ozonas labai svarbus dar ir Žemės klimatui, nes sugeria apie 20 proc. infraraudonųjų Saulės spindulių. Dėl to stratosferoje, kur daugiausiai ozono, pakyla oro temperatūra, pasikeičia atmosferos cirkuliacija.

Ozono kiekis natūraliai kinta, priklausomai nuo metų laikų ir vietos, tačiau pastaraisiais dešimtmečiais didelį nerimą kelia nepaliaujamas ozono mažėjimas. Kad ozonas nyksta, pirmieji pastebėjo Australijos ir JAV mokslininkai prieš keturis dešimtmečius. Paaiškėjo, jog nuo pat 1979 metų virš Antarktidos ozono sluoksnis išretėja – susidaro ozono skylė. Ozono skylė atsiveria baigiantis poliarinei nakčiai kiekvieną pavasarį (Pietų pusrutulyje pavasaris trunka rugsėjo – lapkričio mėnesiais). Iš pradžių ozono skylė būdavo „nedidelė“, vos kelių mln. kvadratinių kilometrų. XX a. 9-e dešimtmetyje jos plotas pasiekė 10, vėliau padidėjo iki 20, o pastaraisiais metais viršija net 25 mln. kvadratinių kilometrų. Didžiausia ozono skylė susidarė 2006 m. – 27 mln. kvadratinių kilometrų. Tai du su puse karto didesnė teritorija nei Europa. Skylės centre, virš Pietų ašigalio, ozono praktiškai iš vis nebelieka.

Lyginant su 1970–79 m., visoje pietų poliarinėje srityje dabar pavasarį ozono lieka 40-50 proc. mažiau. Pietų pusrutulio vidutinėse platumose, lyginant su tuo pačiu laikotarpiu, ozono sumažėjo 6 proc., Šiaurės pusrutulio vidutinėse platumose – 3 proc., o virš Arkties – 30 proc. Bendras globalusis ozono kiekis nuo 2000 m. nekinta ir išlieka 4 proc. mažesnis lyginant su 1970–79 m.

Praretėjus ozono sluoksniui, Žemės paviršių pasiekia daugiau ultravioletinių Saulės spindulių, kurie žmonėms gali sukelti odos vėžį, kataraktą. Vandenyne UV spinduliai naikina fito- ir zooplanktoną, tuo pažeisdami gyvybiškai svarbias maitinimosi grandines. Nykstant ozonui, krinta stratosferos temperatūra, keičiasi atmosferos cirkuliacija.

Ozono skylės susidarymą virš Antarktidos ir ozono nykimą apskritai, lemia keturios priežastys:

• 1) antropogeninės kilmės chlorfluorangliavandenilių (ypač CFC-11, -12 ir -113), metilo cloroformo CH ₃ CCl ₃ , bromo junginių (BrO, metilo bromido CH ₃ Br), N 2 O, NO x ir kitų ozoną ardančių cheminų medžiagų išlakos;
• 2) vulkaninės kilmės chloro ir azoto junginiai;
• 3) cikliško Saulės aktyvumo lemiamas nepastovus Žemę pasiekiančių UV spindulių intensyvumas, dėl to kinta ir ozono susidarymas;
• 4) poliarinio stratosferinio sūkurio, kuris izoliuoja antarktines oro mases nuo vidutinių platumų, susidarymas ir dydis.

Natūralūs šaltiniai stratosferinio chloro kiekius papildo tik apie 15 proc. metilchlorido ir apie 3 proc. HCl. Visi likę chloro šaltiniai yra susiję su žmogaus veikla. Didžioji dalis antropogeninės kilmės chlorfluorangliavandenilių ir bromo junginių yra išskiriami Šiaurės pusrutulio pramonės rajonuose – Europoje, Rusijoje, Japonijoje, Šiaurės Amerikoje. Dėl savo netirpumo vandenyje ir sąlyginio neaktyvumo šie junginiai keletą metų laikosi apatiniuose atmosferos sluoksniuose. Ilgainiui jie patenka į tropines sritis ir čia dėl oro masių kilimo pakliūna į stratosferą.

Klimatiniu požiūriu ozono koncentracijos mažėjimas lemia apatinės stratosferos temperatūros kritimą šaltuoju metų laikotarpiu poliarinėse srityse (nuo XX a. vidurio temperatūra krito po 0,3-0,6° C per dešimtmetį), o tai yra pagrindinė cikloninio cirkumpoliarinio sūkurio (CCPS) stiprėjimo priežastis. Stiprus CCPS skatina labai aktyvių vidutinių platumų ciklonų vystymąsi aplink Antarktidą, izoliuoja Antarktidos žemyną nuo šiltų vidutinių platumų oro masių įsiveržimo ir ozono prietakos. Dėl to Antarktidoje per pastaruosius 30 m. laikosi stabili temperatūra, šis žemynas vis dar pristabdo ir globaliosios temperatūros kilimą. Be to, esant labai žemai temperatūrai, stratosferoje susidaro poliariniai debesys, sudaryti iš ledo gabaliukų. Tų debesų kristaluose „užrakinami“ chloro ir bromo junginiai, kurie pavasarį, sustiprėjus Saulės spinduliuotei, skyla, o kadangi yra labai aktyvūs – pradeda ardyti ozoną.

Šiaurės pusrutulyje stratosferinis CCPS dėl aukštesnės temperatūros nėra toks didelis ir stiprus, be to, jis vasarą virsta anticikloniniu sūkuriu. Dėl to vyksta intensyvesnė horizontali oro masių apytaka tarp tropinių ir poliarinių platumų, kuri ir užtikrina didesnius ozono kiekius Arktyje.

Remiantis 1987 m. Monrealio protokolu, pasaulis ėmė palaipsniui atsisakyti ozono sluoksnį ardančių cheminių medžiagų naudojimo (CFCl ₃ , CF ₂ Cl ₂ , C ₂ F ₃ Cl ₃ , C ₂ F ₄ Cl ₂ , C ₂ F ₅ Cl, CF ₂ BrCl, CF ₃ Br, C ₂ F ₄ Br ₂ ). Monrealio protokolas – vienas iš sėkmingiausių tarptautinių susitarimų aplinkosaugos srityje. Nuo piko 1988-aisiais, ozoną ardančių medžiagų gamybą ir naudojimą pavyko sumažinti beveik perpus. Tyrimai rodo, jog dėl šių priemonių ozono sluoksnis stabilizavosi ir ima lėtai atsistatyti. Manoma, kad bendra ozono koncentracija Arktikoje atsistatys iki 2050 m., o Antarktidoje – 2060–75 m.

Tačiau stratosferinės ozono skylės virš Antarktidos išnykimas gali paskatinti atšilimą Pietų Pusrutulyje ir visoje Žemėje, teigia mokslininkai. Iki šiol, kai žemutinės troposferos temperatūra didėjo, Antarktida atliko unikalų (sukeltą ozono nykimo) vėsinimo efektą, kuris labiausiai pasireiškė Pietų Pusrutulio vasarą ir rudenį. Šie mokslininkai modeliuodami NASA superkompiuteriu sąveikas tarp klimato ir stratosferinės ozono chemijos apskaičiavo, kad, jeigu mažinant ozoną naikinančių dujų išlakas bus pasiekta esminių rezultatų ir ozono skylės virš Antarktidos nebeliks, šiame regione prasidės spartus temperatūros kilimas. Atsistatęs ozonas sugers daugiau UV spinduliuotės ir žemutinėje stratosferoje temperatūra gali pakilti 8-9°C.

Taigi, „belopydami“ ozono skyles, galime sulaukti stiprios klimato atšilimo bangos. Kita vertus, pasak žymaus mimų kūrėjo Syro Publilius – pavojus niekada nenugalimas be pavojaus (lot. Numquam periculum sine periculo vincitur).

„Kaip „užlopyti“ ozono skylę virš Antarktidos?“ - prof. Arūnas Bukantis – rugsėjo 16 d., 14 val. VU Gamtos fakultete.