Poznato je da je plin ozon, kao sastavni dio atmosfere, za sve nas na Zemljinoj površini životno važan suncobran koji štiti od pretjerane količine UV zraka. Iznos UV zračenja koje primaju srednje geografske širine, u kojima je i Hrvatska, bez odgovarajuće zaštite u samo 5 minuta može izazvati opekline kože. Pretjerano UV zračenje opasno je i zato jer izaziva mutacije DNA te tako škodi živim bićima koja su mu izložena.
Ozon prirodnim procesima nastaje u stratosferi na visinama između 10 i 50 km kemijskim reakcijama pod utjecajem Sunčevog zračenja kada se molekule kisika (O2) pod utjecajem UV zračenja raspadaju (disociraju) na pojedinačne atome (O) koji su izuzetno reaktivni. Zbog toga se brzo spajaju s molekulama O2, a rezultat je ozon (O3). U tom procesu kao katalizatori služe plinovi koji u svom sastavu imaju dušika, klora, vodika ili broma. U prirodnim uvjetima nastajanje i razaranje ozona je uravnotežen proces koji je omogućio život na Zemlji u obliku kakvom ga poznajemo.
Koncentracija ozona mjeri se Dobsonovim jedinicama (Dobson Units = kratica DU). Pojednostavljeno iznos od 1 DU označava debljinu sloja ozona od 0,01 mm pri temperaturi zraka 0°C i tlaku od 1013 hPa. Prosječna vrijednost ozonskog omotača u atmosferi je oko 300 DU što znači da mu je debljina oko 3 mm.
Osim tog nama ugodnog i korisnog stratosferskog ozona, poznat je i troposferski ozon koji nastaje u prizemnom sloju atmosfere u kojem i mi živimo – troposferi. Njegov izvor su brojne vrste štetnih plinova, poput dušikovog dioksida (NO2) ili sumporovog dioksida (SO2) koje iz prometa, industrije i poljoprivrede svakodnevno budu ispuštane u atmosferu u tisućama tona. Za razliku od stratosferskog, troposferski ozon je vrlo štetan jer djeluje kao jaki oksidans koji šteti očima, plućima, biljnim organima, ali i proizvodima kao što su guma, plastika i boje.
Nakon što su u kasnim 70-im godinama britanski istraživači u antarktičkoj postaji Halley Bay mjerenjima otkrili stanjivanje ozonskom omotača, od kraja 80-ih godina svjesni smo znanstvenim istraživanjima potkrijepljene činjenice povremenog smanjivanja, odnosno stanjivanja ozonskog omotača u pojedinim dijelovima atmosfere. Zašto? Logičan odgovor je – poremećaj prirodne ravnoteže. Uz povremene i prostorno ograničene prirodne uzroke onečišćenja atmosfere, poput vulkanskih erupcija i požara (prisjetimo se Kalifornije ili Australije), vodeći čimbenik je čovjek, odnosno tehnološki napredak ljudskog društva čiji nusproizvod su tisuće tona za ozon štetnih plinova. Najčešće se spominju CFC – klorofluorougljikovodici. Ta je skupina plinova izumljena krajem 19. stoljeća, a šire se koriste od 1930-ih godina u rashladnim uređajima i sprejevima kao potisni plinovi koji na principu razlike u tlaku istiskuju sadržaj limenke. Dok su pri površini Zemlje bezopasni, visoko u stratosferi pod utjecajem UV zračenja postaju krajnje štetni. Tu dolazi do njihovog razaranja. Produkt je oslobađanje klora i broma koji kao katalizatori ubrzavaju razaranje ozona. Ono što je najproblematičnije je njihova dugotrajnost budući da u atmosferi opstaju desetljećima. S obzirom da njihovo “putovanje” do stratosfere može potrajati i 30 godina lako je zaključiti da mi tek danas osjećamo posljedice onečišćenja atmosfere iz 1980-ih godina.
Razaranje ozona najdramatičnije je iznad Antarktike. Tome su tri glavna uzroka:
- vrlo niske temperature zraka,
- polarni vrtlog hladnog zraka koji nastaje zbog velikih razlika u tlaku zraka između polarnih krajeva i umjerenih geografskih širina i
- pojava polarnih stratosferskih oblaka.
Svake polarne zime temperature u stratosferi iznad Antarktike toliko su niske da i u uvjetima niske vlažnosti zraka dolazi do postanka oblaka. Ti su oblaci mješavina ledenih kristala s dušičnom i sumpornom kiselinom prirodnog ili antropogenog porijekla. Kemijskim procesima na površini čestica u oblaku oslobađa se jako reaktivni klor. S polarnim danima u rujnu i pojavom Sunčeva zračenja nakon duge polarne noći dolazi do intenzivnih kemijskih reakcija i razaranja ozona zahvaljujući katalizatorskom djelovanju klora. Debljina ozonskog omotača se s prosječnih 300 DU smanjuje na 100 i manje DU.
Kao što je iz satelitskih snimaka vidljivo, pojam “ozonska rupa” ne treba shvaćati doslovno. To nije prostor u atmosferi gdje uopće nema ozona. Znanstvenici riječ “rupa” koriste kao metaforu za dio atmosfere u kojem koncentracija ozona padne ispod 220 DU i koji se na slikama pomoću boja jasno razlikuje od okolnog područja više koncentracije ozona. Porastom temperature zraka pri kraju antarktičkog proljeća razaranje ozona je sve slabije i dolazi do njegovog obnavljanja koje se tijekom ljeta i jeseni približava vrhuncu.
Slika 3 prikazuje antarktičku ozonsku rupu tijekom najmanjih koncentracija ozona u 4 godine. Mjerenja je obavljala NASA i Nizozemski kraljevski meteorološki institut. Najniža dosad zabilježena debljina od 73 DU izmjerena je 30. rujna 1994. dok je rupa najveću površinu od gotovo 30 mil. km2 imala 29. rujna 2000. Prosječna površina tijekom 2010. godine bila je 22 mil. km2.
Slika 1: Četiri slike pokazuju antarktičku ozonsku rupu na dane kada je ozonski omotač bio najtanji (izvor NASA)
Prvi znanstveni rezultati istraživanja promjene debljine ozonskog omotača izazvali su reakciju stanovništva i državnika sredinom 80-ih godina 20. stoljeća. Stoga je 1986. godine izglasana Konvencija UN-a o zaštiti ozonskog omotača, a 1987. je usuglašen tzv. Montrealski protokol – međunarodni sporazum o smanjenju korištenja i proizvodnje za ozon štetnih kemikalija. U svom izvješću za 2010. godinu znanstveni savjetnici Protokola napisali su sljedeće:
- globalni i ozonski omotač nad Antarktikom se više ne smanjuju, ali nisu ni u porastu,
- ozonski omotač izvan polarnih krajeva mogao bi dostići vrijednosti kakve je imao prije 1980-ih godina otprilike sredinom ovog stoljeća,
- ozonska rupa nad Antarktikom će trebati više vremena za oporavak,
- utjecaj ozonske rupe nad Antarktikom na klimu vidljiv je u prizemnoj temperaturi zraka i zračnim strujanjima,
- u srednjim geografskim širinama (globalno gledano) iznos UV zračenja pri površini Zemlje je tijekom proteklog desetljeća bio konstantan.
