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
Populacje ryb w wielu śródlądowych drogach wodnych na kontynencie europejskim kurczą się, częściowo z powodu wystawienia na działanie zanieczyszczeń pochodzących choćby z oczyszczalni ścieków.
Wszystko wskazuje na to, że zmiana klimatu będzie miała duży wpływ na dostępność i jakość wody, a także zwiększy prawdopodobieństwo występowania powodzi. W ramach europejskiej inicjatywy powstaje obserwatorium obywatelskie, dzięki któremu opinia publiczna będzie mogła uczestniczyć w gospodarowaniu zasobami wodnymi.
Naukowcy pracują nad modelami eksperymentalnymi i obliczeniowymi, aby zrozumieć, jak rozpuszczalność gazu w różnym składzie magmy wpływa na erupcje wulkaniczne.
Innowacyjny program recyklingu płaskich wyświetlaczy pozwoli zmniejszać ilość odpadów elektronicznych i odzyskiwać ważne ekonomicznie metale ziem rzadkich.
Kluczowym etapem sztucznej fotosyntezy jest utlenianie wody, czy oddzielanie wodoru od tlenu. Naukowcy korzystający z dofinansowania UE zaprojektowali katalizatory na bazie metali, które pozwolą zmniejszać wpływ na środowisko poprzez wydajne naśladowanie procesów zachodzących w przyrodzie.
Ryzyko wystąpienia nowotworów u osób narażonych na działanie promieniowania niskodawkowego jest zwykle obliczane na podstawie danych szacunkowych uzyskanych z analiz większych dawek. W związku z tym, że wiele chorób nowotworowych ma swój początek w komórkach macierzystych, szczególnie ważne są badania nad wpływem promieniowania niskodawkowego na te komórki.
Podczas wynoszenia satelitów na orbitę liczy się każdy gram i każdy centymetr, toteż jeden z projektów finansowanych ze środków UE zajął się minimalizowaniem ciężaru i rozmiarów stosowanych w satelitach systemów kontroli położenia.
Tytan, największy satelita Saturna, jest jednym z niewielu księżyców w Układzie Słonecznym posiadających gęstą atmosferę, której proces powstania i skład chemiczny są słabo znane. Nic dziwnego, że ten kuszący cel misji kosmicznych zainteresował naukowców z pewnego unijnego projektu.
Kepler, polujący na planety statek kosmiczny, ujawnił istnienie fal akustycznych generowanych w głębi gwiazd, które wywołują falowanie ich powierzchni i zmianę jasności. Te gwiezdne trzęsienia pomogły finansowanym przez UE astronomom lepiej zrozumieć strukturę i przyszłość tysięcy gwiazd.
Nawigowanie pojazdem kosmicznym stanowi jedno z największych wyzwań, z jakim mierzą się inżynierowie podczas planowania nowych misji na odległe planety, ich księżyce, a nawet asteroidy. Gdy pojazd kosmiczny odbywa lot, nowy, zintegrowany system nawigacji ma poprowadzić go niezawodnie poprzez Układ Słoneczny do wyznaczonego celu.
Galaktyki umożliwiają badanie przeszłości i przyszłości kosmosu, ale ich powstawanie pozostaje nierozwiązaną zagadką. Finansowany ze środków UE zespół badawczy wykorzystał wysokiej jakości dane empiryczne, aby dołożyć jeden z brakujących elementów do tej układanki.