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
W czerwcu 1770 r. podróżnik James Cook opłynął Wielką Rafę Koralową położoną u wybrzeży Australii i stał się pierwszym Europejczykiem, który dotarł do największej na świecie rafy koralowej, pozostającej po dziś dzień mekką naukowców i wczasowiczów. W ubiegłym roku statek badawczy „James Cook” wyruszył na spotkanie unikatowych i niezbadanych koralowców, tym razem w głębinach oceanu. Zespół załogantów, pod kierunkiem beneficjentki grantu ERBN – dr Laury Robinson (Uniwersytet w Bristolu, Zjednoczone Królestwo) – przekroczył równikowy Atlantyk, aby pobrać próbki koralowców głębinowych, sięgając w toń na tysiące metrów. Podczas ekspedycji dr Robinson zgromadziła próbki, które rzuciły światło na zmiany klimatu w przeszłości. Swoimi ustaleniami podzieli się w czasie wydarzenia TEDx Brussels.
Badania w zakresie inżynierii trzęsień ziemi wydają się na pierwszy rzut oka dosyć oryginalnym wyborem w kontekście poznawania zjawiska tsunami. Jednak po powrocie ze Sri Lanki nawiedzonej w 2004 r. tsunami, profesor Tiziana Rossetto odkryła, że podjęto bardzo niewiele badań nad następstwami tsunami dla infrastruktury wybrzeża i postanowiła zgłębić ten temat. Zaprezentuje swoje badania 1 grudnia w czasie wydarzenia TEDx Brussels.
Badania w zakresie inżynierii trzęsień ziemi wydają się na pierwszy rzut oka dosyć oryginalnym wyborem w kontekście poznawania zjawiska tsunami. Jednak po powrocie ze Sri Lanki nawiedzonej w 2004 r. tsunami, profesor Tiziana Rossetto odkryła, że podjęto bardzo niewiele badań nad następstwami tsunami dla infrastruktury wybrzeża i postanowiła zgłębić ten temat. Zaprezentuje swoje badania 1 grudnia w czasie wydarzenia TEDx Brussels.
Zaspokojenie zapotrzebowania świata na energię to jedno z głównych wyzwań naszych czasów. Odnawialne źródła energii? Energia jądrowa? Szczelinowanie? Wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla? Rozpaczliwie poszukujemy panaceum. Nasi badacze analizują wszelkie możliwe rozwiązania - od matematycznych metodologii adaptacji naszych systemów po wizjonerskie, na pozór szalone, plany ekstrakcji energii w przyszłości.
Od jakości powietrza po promieniowanie słoneczne, informacje na temat naszej atmosfery mają kluczowe znaczenie dla nas wszystkich. Aby podejmować odpowiednie decyzje dla zachowania jakości naszego obecnego i przyszłego życia, decydenci europejscy, przedsiębiorcy i obywatele potrzebują wiarygodnych i aktualnych informacji o tym, co dokładnie się dzieje w naszej atmosferze teraz i czego można się spodziewać w przyszłości.
Rozwój sinic w naszych jeziorach, dużych stawach, zbiornikach wodnych i publicznych akwenach stwarza problem dla środowiska i dla naszego zdrowia. Ten rodzaj glonów często doprowadza do pogorszenia jakości wody i wydzielania wyraźnie nieprzyjemnego zapachu. Glony zużywają dużo tlenu zawartego w wodzie, pozostawiając niewiele dla innych organizmów, takich jak ryby. Wytwarzają również toksyny, które powodują podrażnienia skóry, a ponadto podejrzewa się je o związek z występowaniem raka wątroby.
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.
Archeolog Cameron Smith wystąpił przed publicznością TEDx Brussels 2014, aby opisać swój wkład w misję kolonizacji przestrzeni kosmicznej.
Wpatrywanie się w gwiazdy fascynowało ludzi odkąd po raz pierwszy spojrzeli w nocne niebo. Od czasu tych pierwszych spojrzeń astronomia poczyniła ogromne postępy i badania wszechświata zaczynają dostarczać odpowiedzi na niektóre z najbardziej fundamentalnych pytań nurtujących ludzkość. Nigdy dotąd w naszej historii nie dysponowaliśmy taką wiedzą o narodzinach naszego wszechświata oraz powstawaniu i ewolucji galaktyk.
Czy dostrzegliście na początku tego tygodnia mleczny Księżyc rozświetlający niebo? To nie był tylko piękny księżyc żniwiarzy, to był superksiężyc żniwiarzy!