Dziura ozonowa i globalne ocieplenie

Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Skrót od angielskich słów:
ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH
ENCYKLOPEDIA ESPERE - menu główne (rozwiń)
dział STRATOSFERA: ZAAWANSOWANE - menu (rozwiń)



Kiedy odbywają się dyskusje na temat problemów związanych ze środowiskiem geograficznym to często omawia się łącznie dziurę ozonową i globalne ocieplenie. Fakty są następujące: dziura ozonowa nie jest bezpośrednim skutkiem globalnego ocieplenia, zaś globalne ocieplenie nie jest bezpośrednim skutkiem dziury ozonowej. Ponieważ jednak w systemie klimatycznym wszystkie elementy są ze sobą powiązane, to i w tym przypadku występują pewne związki.

Przyczyny nieporozumienia

Wielu ludzi nigdy nie słyszało o systemie klimatycznym w szkole, gdyż ta dziedzina badań jest stosunkowo młoda. Nie dziwi zatem, że dwa główne problemy środowiskowe trafiające na pierwsze strony gazet, czyli globalne ocieplenie i dziura ozonowa, są często mylone lub źle rozumiane.  

To, że coraz więcej samochodów jeździ po Ziemi i spala benzynę, oraz, że w przemyśle i gospodarstwach domowych używa się coraz więcej produktów powstałych przy udziale spalania paliw kopalnych, nie jest przyczyną powstawania dziury ozonowej.

Powstawanie dziury ozonowej nie prowadzi natomiast do globalnego ocieplenia. Dziura ozonowa i  globalne ocieplenie to dwa różne skutki dwu różnych rodzajów oddziaływania działalności ludzkiej na system atmosferyczny! 

Ale są między nimi pośrednie związki ...

Dziura ozonowa i efekt cieplarniany

1. Nie ma bezpośredniego związku między dziurą ozonową i efektem cieplarnianym. Emisje CO2 wskutek spalania paliw kopalnych prowadzą do wzmożenia efektu cieplarnianego, ale nie do dziury ozonowej.
Objaśnienia: ozone hole – dziura ozonowa, tropopause – tropopauza, fossil fuel emissions – emisje ze spalania paliw kopalnych, greenhouse effect – efekt cieplarniany
Autor: Elmar Uherek

Co je łączy?

Globalne ocieplenie to zjawisko, które wywiera wpływ na życie ludzi głównie w troposferze. Ta najniższa warstwa atmosfery, znajdująca się bezpośrednio nad powierzchnią Ziemi, ociepla się. Dziura ozonowa tworzy się w stratosferze. Ozon, działający jak osłona przed promieniowaniem UV na wysokości około 15-40 km, jest niszczony.

Chlorofluorowęglowodory (CFC) odgrywają rolę w obu tych procesach.
Z jednej strony, w troposferze, pochłaniają promieniowanie podczerwone w tzw. oknie atmosferycznym. Z tego powodu mają wysoki wskaźnik GWP (ang. global warming potential, czyli zdolność do zwiększania globalnego ocieplenia). Ta zdolność pochłaniania jest skutkiem ich własności optycznych.
Z drugiej strony, w stratosferze, są one źródłem rodników chloru, wywołujących reakcje łańcuchowe prowadzące do niszczenia ozonu. Dzieje się tak ponieważ cząsteczki CFC zawierają atomy chloru. Cząsteczki CFC są bardzo stabilne i dlatego atomy chloru nie są uwalniane w troposferze, ale w  stratosferze, wskutek rozbicia cząsteczek przez silne promieniowanie UV.
Inne gazy cieplarniane jak CO2 albo metan nie odgrywają porównywalnej roli w niszczeniu ozonu.

Dziura ozonowa zmienia bilans radiacyjny.

Skoro ozon zatrzymuje promieniowanie UV co prowadzi do wzrostu temperatury w stratosferze, to można założyć, że wraz z zanikiem ozonu nastąpią zmiany w bilansie radiacyjnym Ziemi. Tak też się dzieje, ale zmniejszanie się warstwy ozonowej prowadzi do niewielkiego ochłodzenia, a nie do ocieplenia.

wymuszanie promieniowania

2. Schemat tzw. wymuszania promieniowania (ang. radiative forcing) pokazuje w jakim stopniu poszczególne czynniki sprzyjają (wartości dodatnie) lub przeciwdziałają (wartości ujemne) efektowi cieplarnianemu.
Dwie kolumny po lewej stronie pokazują, że halowęglowodory są gazami cieplarnianymi i przyczyniają się do antropogenicznego efektu cieplarnianego. Obniżenie stężenia ozonu stratosferycznego prowadzi jednak do przeciwdziałania efektowi cieplarnianemu i ochłodzenia.
Objaśnienia: cooling - ochładzanie, warming - ocieplanie, halocarbons - halowęglowodory, stratospheric ozone - ozon stratosferyczny, aerosols - aerozole, sulphate - siarczan, fossil fuel burning (black carbon) - spalanie paliw koplanych (węgiel drzewny), fossil fuel burning (organic carbon) - spalanie paliw koplanych (węgiel organiczny), biomass burning - spalanie biomasy, mineral dust - pył mineralny, tropospheric aerosol indirect effect (1st type) - 1. rodzaj pośredniego wpływu aerozolu troposferycznego, aviation induced - wywołane przez lotnictwo, contrails - smugi kondensacyjne, land-use - użytkowanie ziemi, solar - słoneczny
Źródło: raport IPCC TAR z 2001 r.

Wpływ dziury ozonowej na bilans promieniowania

Nie jest rzeczą oczywistą, że dziura ozonowa będzie powodować występowanie tzw. „negatywnego wymuszania promieniowania” (ang. negative radiative forcing), czyli, że doprowadzi do ochładzania w troposferze i w ten sposób będzie częściowo niwelować działanie gazów cieplarnianych. W pierwszej chwili możemy pomyśleć: jeśli warstwa ozonowa stanie się cieńsza to więcej promieniowania UV dotrze do powierzchni Ziemi. To oznacza większą dostawę energii słonecznej. To oczywiście jest prawdą, a także jedną z przyczyn wzrostu ryzyka zachorowania na raka skóry. Jednakże efekt końcowy jest inny.

Jak już wiemy, pochłanianie promieniowania UV przez ozon powoduje wzrost temperatury w stratosferze. Ciepło emitowane ze stratosfery jest także przekazywane częściowo do troposfery i przyczynia się tam do wzrostu temperatury. Ponadto, zwłaszcza w niższych warstwach stratosfery, ozon działa jak gaz cieplarniany i pochłania promieniowanie podczerwone dochodzące z Ziemi. Redukcja tego transferu ciepła z obu źródeł (czyli podczerwieni i UV) do troposfery rekompensuje z nadwyżką dodatkową energię dochodzącą wraz z promieniowaniem słonecznym, tym bardziej, że promieniowanie to jest częściowo odbijane przez powierzchnie o dużym albedo (chmury, pokrywy lodowe). Odbijanie jest szczególnie silne nad Antarktydą, gdzie obserwuje się największe ubytki w warstwie ozonowej. Ziemia pokryta śniegiem lub lodem ma albedo 0,6 do 0,8 (60-80% docierającego promieniowania jest odbijane), co jest wartością wysoką w porównaniu np. z oceanami: 0,1.

Nienaruszona warstwa ozonowa

3. a) Nienaruszona warstwa ozonowa zatrzymuje większość promieniowania UV i zamienia je na ciepło.

Warstwa ozonowa naruszona

3. b) Naruszona warstwa ozonowa (cząsteczki ozonu zaznaczone na niebiesko na obu rysunkach) pochłania tylko małą część promieniowania UV w stratosferze oraz mniej promieniowania podczerwonego emitowanego przez Ziemię. Zamiana energii promieniowania UV na ciepło jest znacznie mniejsza. Promieniowanie UV, które nie zostało pochłonięte dociera do Ziemi, ale znaczna jego część zostaje odbita, zwłaszcza od jasnych powierzchni pokrytych śniegiem i lodem np. Antarktydy. Tylko niewielka część tego promieniowania jest pochłaniana przez podłoże i zamieniana na ciepło.
Objaśnienia: tropopause - tropopauza
Autor: Elmar Uherek

Wpływ globalnego ocieplenia na dziurę ozonową

W tekście “Ochładzanie w stratosferze” w niniejszej części Encyklopedii przekonamy się, że globalne ocieplenie troposfery powoduje ochłodzenie w stratosferze i dlatego wzmaga niszczenie ozonu, być może także nad półkulą północną.

O tej stronie:
Autor: Dr Elmar Uherek, Max Planck Insitute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
Recenzent: Dr Christoph Brühl - Max Planck Institute  for Chemistry, Moguncja, Niemcy
Konsultacja dydaktyczna: Michael Seesing - Uni Duisburg, Niemcy - 2003-08-07
Ostatnia aktualizacja: 2003-05-11
Tłumaczenie na język polski: Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków
Redakcja techniczna: Kamil Bodziony, Wojciech Pudło, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Last modified: Tuesday, 28 April 2020, 11:27 AM