Świat nauki - artykuły

Dział

50 lat obserwacji życiodajnej odmiany tlenu

Pomiar ozonu z zastosowaniem spektrofotometru Dobsona
Dział: Fizyka

Ziemska atmosfera zawiera niewielkie ilości ozonu. Pełni on jednak kluczową rolę dla organizmów żywych, a mianowicie chroni je przed szkodliwym wpływem promieniowania ultrafioletowego Słońca. Właśnie mija 50 lat od rozpoczęcia w Polsce pierwszych regularnych pomiarów zawartości ozonu w atmosferze, do dziś prowadzonych w Centralnym Obserwatorium Geofizycznym Instytutu Geofizyki Polskiej Akademii Nauk w Belsku Dużym koło Grójca.

Od 50 lat naukowcy z Instytutu Geofizyki Polskiej Akademii Nauk (IGF PAN) w Warszawie rejestrują koncentrację ozonu w atmosferze nad stacją pomiarową w Belsku Dużym koło Grójca. Obserwacje ozonu w Belsku są włączone w globalny system monitorowania ozonu i dostarczyły cennych danych dla licznych prac naukowych. „Wyniki naszych obserwacji ozonowych były używane m.in. do oceny dokładności pomiarów ozonu wykonywanych przez krążące wokół Ziemi satelity”, mówi prof. dr hab. Janusz Krzyścin, kierownik Zakładu Fizyki Atmosfery IGF PAN.

Cząsteczki tlenu, którym oddychamy, mają po dwa atomy tlenu. Ozonu, czyli cząsteczek z trzema atomami tlenu, jest w powietrzu niewiele. Maksymalne koncentracje ozonu w atmosferze, rzędu kilku cząsteczek na milion cząsteczek powietrza, występują w stratosferze, na wysokości około 30 km. Gdyby cały ozon zawarty w pionowym słupie powietrza nad naszymi głowami zgromadzić przy gruncie, jego warstwa miałaby grubość od 2 do 5 mm, w zależności od pory roku.

Dla ludzi ozon jest toksyczny. W małych ilościach wywołuje kaszel i bóle głowy, w większych prowadzi do obrzęku płuc i śmierci. Jednocześnieozon w stratosferze jest niezbędny dla życia na Ziemi. Silnie absorbuje promieniowanie ultrafioletowe docierające ze Słońca do górnych warstw atmosfery, co ma ochronny wpływ na organizmy żywe. „U ludzi nadmiar promieniowania UV jest szkodliwy m.in. dla oczu i skóry. Wiadomo o jego ścisłym, dobrze udokumentowanym związku z powstawaniem nowotworów złośliwych skóry: podstawnokomórkowego i kolczystokomórkowego”, wyjaśnia prof. Krzyścin. Dodatkowym zyskiem z absorpcji promieniowania ultrafioletowego przez ozon jest wzrost temperatury stratosfery, co wpływa na klimat całej planety.

Od połowy lat 80. XX wieku obserwacje naziemne i satelitarne wykazywały niepokojąco niskie zawartości ozonu w atmosferze nad Antarktydą. Jego deficyt sięgał nawet 40% – i to na obszarach o powierzchni liczonej w dziesiątkach milionów kilometrów kwadratowych. Co więcej, w pewnych warstwach atmosfery nad Antarktydą, na wysokości 15-20 km, ozon został całkowicie zniszczony. Obrazowo opisano tę sytuację za pomocą terminu „dziura ozonowa”.

Winowajcą okazały się freony, czyli gazy chlorofluorokarbonowe, powszechnie stosowane w drugiej połowie XX wieku, m.in. w aerozolach i lodówkach. Związki te trafiały do atmosfery, z czasem migrowały ku równikowi i tu były wynoszone do stratosfery, skąd rozprzestrzeniały się ku biegunom. Freony w trakcie wędrówki w wysokich warstwach atmosfery rozpadały się pod wpływem silnego promieniowania UV Słońca. Powstające wtedy wolne atomy chloru stawały się katalizatorem reakcji chemicznych prowadzących do intensywnego rozpadu ozonu. Mniej więcej po pięciu latach wędrówki w stratosferze freony docierały nad Antarktydę i Arktykę.

„W wyniku silnego wychłodzenia Antarktydy podczas nocy polarnej, czyli w okresie czerwiec-wrzesień, w atmosferze nad półkulą południową, na wysokości około 20 km, pojawiają się specyficzne chmury złożone z kropelek rozcieńczonego kwasu azotowego lub kryształów lodu. Wraz z powrotem światła słonecznego nad ten obszar, co przypada na koniec sierpnia, początek września, w sąsiedztwie takich cząstek chmurowych intensyfikują się reakcje chemiczne niszczące ozon. Podczas wiosny arktycznej Słońce stopniowo ogrzewa atmosferę i chmury zanikają, zwykle z końcem listopada, a wraz z nimi znika też dziura ozonowa”, opisujeprof. Krzyścin.

Dziura ozonowa jest zjawiskiem sezonowym, od ponad 30 lat pojawiającym się nad Antarktydą corocznie z końcem zimy i zanikającym po kilku miesiącach. W zależności od warunków meteorologicznych może być większa lub mniejsza i trwać miesiąc dłużej lub krócej. Nie ma ona wpływu na poziom ozonu nad Polską. Nam może zagrażać jedynie dziura ozonowa nad Arktyką. Nad północnym biegunem atmosfera jest jednak cieplejsza i tylko po ekstremalnie chłodnej zimie 2010/2011 pojawiła się tutaj dziura ozonowa – wiosną 2011 roku. Jednak była ona znacznie mniej rozległa niż jej odpowiednik nad Antarktydą.

Od początku lat 70. ubiegłego wieku stratosfera stawała się coraz bardziej zanieczyszczona substancjami niszczącymi warstwę ozonową. Pomiary w obserwatorium IGF PAN wykazywały w latach 90. deficyt ozonu nad Polską na poziomie 6% w stosunku do średniej wieloletniej z lat 60. i 70. Zmiany te skutkowały nieznacznym, praktycznie nieszkodliwym wzrostem promieniowania UV, porównywalnym z tym, którego doświadczylibyśmy po przeprowadzce z Warszawy do Krakowa.

W 1987 roku społeczność międzynarodowa podjęła bezprecedensowy wysiłek i uzgodniła w ramach tzw. Protokołu Montrealskiego szereg działań, których skutkiem miało być zredukowanie emisji freonów i innych substancji niszczących warstwę ozonową do atmosfery.Na przełomie wieków wiele stacji pomiarowych, w tym i Belsk, zaczęło rejestrować stopniowy wzrost zawartości ozonu w atmosferze. Wydawało się, że dzięki Protokołowi Montrealskiemu i jego późniejszym poprawkom, wprowadzającym dalsze ograniczenia w produkcji substancji szkodliwych dla ozonu, problem został rozwiązany. Jednak w połowie minionej dekady na naszych szerokościach geograficznych tendencja odwróciła się i poziom ozonu znowu zaczął się obniżać. Od kilku lat naukowcy z IGF PAN rejestrują na Belskiem, zwłaszcza latem, coraz mniejszą koncentrację ozonu w stratosferze. Pod koniec 2012 roku było go kilka procent mniej niż należałoby się spodziewać biorąc pod uwagę zmniejszającą się w stratosferze koncentrację substancji szkodliwych.

„Możliwe, że w atmosferze zaczyna działać nowy, jeszcze przez nas niezidentyfikowany lokalny mechanizm zmniejszający grubość ochronnej warstwy ozonowej. Niezależnie od jego natury pewne jest, że w najbliższym czasie każdy powinien nadal uważać na Słońce i unikać nadmiernego opalania. My zaś musimy dalej monitorować, co dzieje się z ozonem nad naszymi głowami”, podsumowuje prof. Krzyścin.


Źródło: Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk (IGF PAN) w Warszawie.

Materiały graficzne:
IGF130404b_fot01s.jpg
HR:     http://press.igf.edu.pl/images/2013/IGFPAN130404b_fot01.jpg
Pomiar ozonu z zastosowaniem spektrofotometru Dobsona w Centralnym Geofizycznym Obserwatorium Instytutu Geofizyki PAN w  Belsku koło Grójca w grudniu 2012. Codzienne pomiary prowadzone są tutaj od 23 marca 1963 r. (Źródło: IGF PAN)
.


data ostatniej modyfikacji: 2013-04-05 09:18:12
Komentarze
Naukowcy pracują nad systemami bioreaktorów, które umożliwiałyby usuwanie opornych zanieczyszczeń z wody oraz przekształcanie ich w biomasę do produkcji biopaliwa.
Naukowcy opracowują produkty biologiczne umożliwiające wykrywanie, monitorowanie i usuwanie wycieków ropy z wody morskiej w sposób przyjazny dla środowiska.
Jazda rowerem lub rowerem elektrycznym jest średnio 13 razy mniej szkodliwa dla środowiska naturalnego od jazdy samochodem osobowym – wynika z wyliczeń Europejskiej Federacji Cyklistów (ECF). W przypadku rowerów emisja dwutlenku węgla (CO2), biorąc pod uwagę m.in. cały „cykl życiowy” sprzętu, wynosi w przeliczeniu na 1 osobę 21 gramów na każdy pokonany kilometr.
Naukowcy uzyskali nową wiedzę Nat temat źródeł aerozoli węglowych, które intensyfikują skutki zmiany klimatu na Arktyce.
Sposób, w jaki lasy reagują na zmianę klimatu, różni się w zależności od regionu świata. Naukowcy finansowani ze środków UE zbadali, jak zmieniający się klimat wpływa na lasy pierwotne strefy umiarkowanej w południowej części Ameryki Południowej (SSA).
Uczelnia razem ze stocznią w Turcji stworzy łódź wykorzystującą odnawialne źródła energii – z napędem hybrydowym słoneczno-wiatrowo-elektrycznym. Konsorcjum Akademii Morskiej w Szczecinie, Politechniki Warszawskiej i szczecińskiej spółki Autocomp Management otrzymało dofinansowanie w wysokości 1 miliona euro na realizację projektu. Finalny montaż oraz uruchomienie całości i pierwszy rejs odbędą się na Morzu Marmara w 2016 roku.
Uczestnicy projektu finansowanego ze środków UE dokonali przeglądu modeli alternatywnych wobec koncepcji ciemnej energii, niewymagających rezygnacji ze stałej kosmologicznej. Wykazanie, że rola ciemnej energii ma charakter dynamiczny, powinno pozwolić na dużo dokładniejsze zbadanie wszechświata.
Zderzenia ogromnych gromad galaktyk pomagają europejskim naukowcom w wyjaśnianiu dwóch z największych tajemnic wszechświata — zagadki ciemnej materii i ciemnej energii.
W ramach finansowanej przez UE inicjatywy młodzi badacze są szkoleni w zakresie astrodynamiki — nauki stojącej za startem i lotem pojazdu kosmicznego.
Rok 2014 był dla Europy w kosmosie rokiem szczególnym. Nie dość, że sonda Rosetta, jako pierwsza misja w historii, dotarła do komety, to Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) wystrzeliła dwa nowe satelity Galileo oraz satelitę Sentinel-1.
W futurystycznych filmach z przeszłości rok 2015 i kolejne przedstawiane są jako czasy latających samochodów, poduszkowców i kontaktu z przybyszami z kosmosu. Mimo iż nie mkniemy jeszcze po podniebnych autostradach, to odkrycie życia poza Ziemią może być w nadchodzących latach w naszym zasięgu. Ledwie rozpoczął się rok 2015, a naukowcy z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian ogłosili odkrycie najbardziej ich zdaniem jak dotąd podobnej do Ziemi planety poza Układem Słonecznym.