Ozon w wirze

30 listopada 2019

Jakiś czas temu pisałem o wirze w na pograniczu troposfery i stratosfery, który odgranicza mroźne arktyczne powietrze od zaledwie chłodnego powietrza polarnego (w którego strefie zwykle leży Polska). Bariera ta tworzy dwa rejony atmosfery o różnej temperaturze, ale i o różnej zawartości ozonu.

Na półkuli północnej sprawa jest dynamiczna i stosunkowo nietrwała, a zaburzenia mogą skutkować kilka razy w ostatnich latach występującą sytuacją, gdy temperatura na Spitsbergenie była zimą albo na przedwiośniu podobna do tej w Portugalii, za to Europa Środkowa czy Stany Zjednoczone doświadczały zim stulecia.

Na półkuli południowej układ lądów jest inny. Inny jest więc układ prądów morskich, które mogą prawie bez przeszkód płynąć wokół Antarktydy, i wiatrów. Ostatecznie bariera, jaką tworzy stratosferyczny wir, jest tam więc dużo stabilniejsza. Wiąże się to z historią lądolodu antarktycznego i rekordami zimna.

Pod koniec nocy antarktycznej ozonosfera, czyli część stratosfery z najwyższą zawartością ozonu, wychładza się tak, że z niewielkich ilości wody znajdującej się tam tworzą się chmury, to zaś powoduje uwalnianie reaktywnych form chloru i fluoru ze związków określanych jako freony. Jednocześnie układ Ziemi wobec wiatru słonecznego jest taki, że promieniowania ultrafioletowego, które by wspierało przemianę tlenu w ozon, jest mało.

O szczegółach powstawania dziury ozonowej napisano dużo, więc nie będę się rozpisywał. Jednym z kluczowych czynników, dzięki którym można mówić o dziurze w warstwie ozonowej, a nie po prostu o ogólnym chudnięciu tej warstwy, jest izolacyjna rola powietrznych prądów wokółantarktycznych. Tam, gdzie promieniowanie UV dociera stale, zanikający ozon jest w miarę na bieżąco odnawiany. Dlatego nad większością Ziemi jego zawartość, choć nie w pełni homogeniczna (takie rzeczy monitoruje się metodami naziemnymi i satelitarnymi oraz przez bezpośrednie pomiary np. z balonów meteorologicznych), to przez ciągłe mieszanie się mas powietrza jest dość wyrównana. A przynajmniej obszary o różnej zawartości ozonu są nietrwałe i przemieszczają się. Tydzień temu nad Polską było ponad 300 dobsonów, co jest dość typową wartością, nad europejską częścią rosyjskiej Arktyki – trochę ponad 200 (to już blisko umownej granicy dziury ozonowej), podczas gdy nad Cieśniną Beringa i Morzem Ochockim – ponad 500. Kilka dni później strefa bliska wartościom dziury przeniosła się nad Morze Północne, a strefa wysokiej zawartości – rozszerzyła o kanadyjską Arktykę. Wyjątkiem są komórki arktyczna i antarktyczna, zwłaszcza ta druga.

Jak już wspomniałem, bariera wokół Arktyki jest słaba. Zwykle rozpada się wiosną, co może skutkować majowymi przymrozkami. Niedawno kilka razy osłabiała się już wcześniej. Przyczyn jest kilka, a jedną z nich jest ocieplenie powierzchni Ziemi i troposfery (stratosfera w ostatnich kilkudziesięciu latach raczej się ochładza, co jest związane ze słabnącą aktywnością Słońca, ale też właśnie ze spadkiem zawartości ozonu, który ociepla tę warstwę). Wokół Antarktydy bariera jest dużo silniejsza.

W tym roku doświadczyliśmy wyjątkowej sytuacji: bariera osłabła, a ciepłe (stosunkowo) powietrze ze strefy umiarkowanej i niższej warstwy atmosfery dotarło do stratosfery nad Antarktydą. Dotąd coś podobnego zaobserwowano tylko raz, w 2002 r.

Jakie są tego skutki? Prawdopodobnie lato na Antarktydzie, które właśnie nadchodzi, będzie nieco cieplejsze niż zwykle i więcej lądolodu spłynie do oceanu. Prądy morskie prawdopodobnie przyniosą bardziej sztormową pogodę na południowych wybrzeżach Australii, za to strefa północna może być suchsza.

To prognozy. Tymczasem już wiadomo, że dziura ozonowa nad Antarktydą osiągnęła maksymalny rozmiar 16,4 mln km kw. Dla porównania – w zeszłym roku to było 24,8 mln, a rekordowe 29,9 mln w 2000 r. Podobne do tegorocznej wartości były notowane w latach 80., ale jeszcze na przełomie lat 70. i 80. to było 1-3 mln km kw. Zatem od momentu, gdy zaczęto w ogóle na poważnie mówić o dziurze ozonowej poza gronem specjalistów, jest to rekordowo mały obszar. Zawartość ozonu w tym roku spadła do wartości 120 dobsonów, podczas gdy w zeszłym roku były to 102 dobsony. To też są wartości podobne do tych z lat 80., ale tu jest mniej spektakularnie, bo choćby w 2017 r. spadek był mniejszy, bo do 131 dobsonów. Niemniej w historii obserwacji to wciąż jedna z wyższych wartości. Co jest wyjątkowe, to data osiągnięcia minimum. Zwykle jest to koniec południowej zimy – wrzesień lub październik – tym razem zaś zawartość ozonu przestała spadać już od połowy sierpnia. To sprawia, że w zestawieniach pokazujących stan warstwy ozonowej w tym samym sezonie referencyjnym (mniej więcej od połowy września do połowy października) te wartości są spektakularnie optymistyczne (powierzchnia dziury – 9,3 mln km kw. i zawartość ozonu – 167,0 dobsona).

Wzajemne relacje globalnego ocieplenia i warstwy ozonowej są skomplikowane. Ozon jest gazem cieplarnianym, ale rozkładające go freony – też. Ilość ozonu zależy od chmur stratosferycznych, a sama wpływa na insolację powierzchni Ziemi. Przykład gwałtownego wzrostu dziury ozonowej w połowie lat 80. i zatrzymania tego wzrostu dekadę później jest symbolicznym obrazem, jak działalność człowieka może zmieniać globalny obraz Ziemi. Na razie wciąż raczej możemy mówić jedynie o zatrzymaniu wzrostu dziury ozonowej niż o jej rzeczywistym kurczeniu (choć trend odwracający już da się zauważyć), bo wyemitowany przez nas chlor i fluor wciąż działają (a są sygnały o dalszej nielegalnej emisji freonów). Niemniej dzięki temu anomalie klimatyczne, jak tegoroczne ocieplenie stratosfery, mają szansę na przynajmniej chwilowe odtworzenie warunków sprzed czasu dziury ozonowej.

Piotr Panek

ilustracja: NASA Ozone Watch