Warstwą ozonową, określa się część stratosfery, w której skoncentrowane jest 90% ozonu (OIndeks dolny 3₃). Sfera ta pełni  bardzo ważną funkcję ochronną dla człowieka i innych organizmów żywych na Ziemi, ponieważ pochłania pewną część promieniowania ultrafioletowego, które jest bardzo szkodliwe.

Bezpośrednia ekspozycja na promieniowanie ultrafioletowe przyśpiesza proces starzenia się skóry przez uszkodzenie włókien kolagenowych oraz może prowadzić do rozmaitych chorób, tj. do wystąpienia rumieni, alergii lub nowotworów. Może powodować schorzenia oczu (np. zaćmę) oraz osłabiać system immunologiczny organizmów. Promieniowanie ultrafioletowe prowadzi również do uszkodzeń i mutacji DNA.

Ozon został odkryty w 1840 roku. Badania zawartości ozonu jako składnika powietrza atmosferycznego prowadzone były od końca XIX wieku. Stwierdzono wówczas, że jedną z jego właściwości jest pochłanianie promieniowania słonecznego z zakresu ultrafioletu. Przeprowadzane w dalszych latach pomiary wykazały, że maksymalne stężenie ozonu występuje w warstwie stratosfery na wysokości około 25 km. W latach 30. XX wieku określono również grubość warstwy ozonu. Do opisu tego parametru stosuje się dobsondobson (jednostka Dobsona)dobson - jednostkę, której nazwa pochodzi od jednego z pierwszych badaczy ozonu - Gordona Dobsona. Jako normę przyjmuje się 300 dobsonów, a spadek poniżej przyjętej umownie wartości 220 dobsonów określany jest mianem dziury ozonowej.

Podczas badań ozonosfery prowadzonych na początku lat 80. XX wieku w strefach polarnych półkuli południowej odkryto, że znaczna część warstwy ozonowej nad Antarktydą zanikła. Niechlubnie zapisał się w badaniach rok 1994, kiedy to koncentracja ozonu spadła do około 90 Dobsonów, oraz rok 2006, kiedy dziura ozonowa nad biegunem południowym miała największy zasięg, zajmując powierzchnię 27 mln kmIndeks górny 2², czyli ponad 2,5 krotność powierzchni Europy.

RsZ9N30hqVA1e

Na ilustracji jest kula ziemska od strony południowej - od Antarktydy. Nad Antarktydą oraz poza jej granicami jest filetowa z granatową obwódką powierzchnia. To zasięg dziury ozonowej.

Zanik ozonu w stratosferze obserwowano również nad biegunem północnym, jednak zasięg przestrzenny i czas trwania tego zjawiska był na ogół mniejszy niż nad Antarktydą. Powodem są wyższe temperatury w stratosferze nad Arktyką, co skutkuje rzadszym występowaniem chmur stratosferycznych i mniejszym zagrożeniem dla warstwy ozonowej. Szczególnie intensywny spadek ozonu nad biegunem północnym odnotowano w marcu 2011 roku oraz wiosną 2020 roku, kiedy dziura ozonowa na półkuli północnej objęła obszar 1 mln kmIndeks górny 2². Po dwóch miesiącach, w maju 2020 roku dziura ozonowa nad Arktyką „zasklepiła się”.

W badaniach zjawiska dziury ozonowej szczególnie przydatne są pomiary teledetekcyjneteledetekcjateledetekcyjne wykonywane z satelitów.  Dzięki stałemu monitorowaniu ozonosfery naukowcy zauważyli, że jej wielkość zmienia się sezonowo.  Największe ubytki ozonu na półkuli południowej są obserwowane pod koniec nocy polarnej - na przełomie września i października, a na półkuli północnej - w marcu i kwietniu.

RWgO6GGpNu55t

Na mapie półkuli północnej – Ameryki Północnej zwizualizowano prognozę stężenia ozonu w stratosferze. Pokazano, jak zmieniało się stężenie ozonu od 1974 roku. Pod mapą jest skala dotycząca koncentracji ozonu, stężenie podane jest w jednostce Dobson. Skala ma wartości od 0 do 600. Skala jest różnokolorowa - przy wartości 0 jest ciemnoniebieska, następnie jasnoniebieska, zielona, żółta, pomarańczowa, przy wartości 600 jest czerwona. W roku 1974 tysiąc nad północną częścią Ameryki Północnej stężenie ozonu wynosiło około 500 Dobsonów, w kolejnych latach liczba ta maleje. W 1994 roku koncentracja ozonu wynosiła od 400 do 500 Dobsonów. W roku 2009 między 300 a 400 Dobsonów, w roku 2020 około 300, w roku 2040 między 200 a 300 Dobsonów, w roku 2060 cała mapa staje się ciemnoniebieska, czyli stężenie ozonu spada do zera.

Obecny stan ozonu w stratosferze stanowi jedynie część wcześniejszej warstwy. Substancje zubożające ozonosferę mogą pochodzić ze źródeł naturalnych (np. erupcji wulkanicznych). Jednak to działalność człowieka spowodowała naruszenie kruchej równowagi w przyrodzie. Do takiej sytuacji przyczynił się człowiek poprzez emisję do atmosfery związków chemicznych, które wchodzą w reakcję z ozonem. Są to głównie związki fluoru, chloru, bromu i węgla oraz tlenek azotu.

Substancje zubożające warstwę ozonową zaczęły być powszechnie wykorzystywane w latach 60. XX wieku. Wytwarzano wówczas około 215 tys. ton tych związków, ale już w 1989 roku wielkość ta wzrosła do 1,3 mln ton. Najwięcej freonów i halonów stosowano w USA, Japonii, Rosji oraz Chinach.

R8a7Rm0MSfQcq

Wykres dotyczy naturalnej oraz całkowitej emisji w latach 1961‑2014 w milionach ton. Na wykresie są dwie krzywe. Jedna z nich dotyczy naturalnej emisji. Biegnie równolegle do osi X przez wszystkie lata na wysokości nieco poniżej 0,2 miliona ton. Krzywa dotycząca całkowitej emisji w tym naturalnej i antropogenicznej rozpoczyna się od wartości 0,4 miliona ton w 1961 roku, po czym biegnie w górę do wartości maksymalnej przekraczającej 1,4 miliona ton w 1990 roku. Po osiagnięciu maksimum krzywa opada do wartości nieco powyżej 0,3 miliona ton w 2014 roku.

Zużycie substancji degradujących ozon w 1989 roku. Tendencje zmian zużycia w latach 1989‑2014 w wybranych krajach.

Od lat 90. ubiegłego wieku globalna produkcja substancji zubożających warstwę ozonową maleje. Jest to wymierny efekt międzynarodowej współpracy w zakresie ochrony ozonosfery. W 1985 roku kraje należące do ONZ uchwaliły Konwencję Wiedeńską, a w 1987 roku podpisały Protokół montrealski w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową. Dokumenty te wymieniały grupy związków chemicznych, których wytwarzanie i użytkowanie poddano kontroli. Zarówno konwencja, jak i protokół zostały uznane przez państwa świata, które zobowiązały się do wycofania z produkcji freonu i innych substancji szkodzących warstwie ozonowej. W kolejnych latach Protokół montrealski kilkukrotnie uzupełniano o listę nowych substancji, których nie uwzględniono wcześniej.

Po 30 latach od podpisania dokumentu możemy stwierdzić, że udało się obniżyć wytwarzanie freonów i halonów do poziomu z lat 60. XX wieku. Proces odbudowywania się ozonosfery następuje jednak powoli, ponieważ freony charakteryzują się długim czasem rozkładu w atmosferze. Najpopularniejszy związek CFC‑11 utrzymuje się do 65 lat, ale są i takie, które rozłożą się dopiero po kilkuset latach. Utrzymanie tendencji spadkowej  zawartości freonów i halonów w atmosferze powinno doprowadzić do całkowitej regeneracji ozonosfery w drugiej połowie obecnego stulecia. Dodatkowym, pozytywnym skutkiem obniżenia zawartości substancji degradujących ozonosferę jest spowolnienie globalnego ocieplenia, ponieważ cześć związków ujętych w Protokole montrealskim to również gazy cieplarniane.

Słownik