Ozonová vrstva

Při pohledu na titulek se čtenář asi táže, zda má vůbec smysl vyslovovat tak protichůdné otázky. Pro obě možnosti dalšího vývoje ozonové vrstvy však existují opodstatněné argumenty podpořené výsledky nejnovějších měření. Jak zmíněné odborné dilema lépe pochopit?

Poškození ozonové vrstvy a jeho příčiny

Víme, že hlavní příčinou zeslabení ozonové vrstvy je chemický rozklad ozonu ve stratosféře (vrstvě asi 12–50 km nad zemským povrchem) volnými atomy chloru a bromu. Ty se do těchto výšek dostávají především jako komponenty látek produkovaných lidskou činností (zejména těch, které se ve volné přírodě nevyskytují, například freonů a halonů). Tyto látky jsou velmi stabilní, mohou v atmosféře působit až desítky let. Jejich fotochemický rozklad ultrafialovým slunečním zářením velmi urychlují katalytické procesy probíhající na pevných částicích polárních stratosférických oblaků nebo na aerosolech vulkanického původu. Polární stratosférická oblaka jsou tvořena především kapkami a krystalky vody a kyseliny dusičné; vznikají v horní stratosféře nad polárními oblastmi při velmi nízkých teplotách (pod –78 °C). Proto jsou hlavní úbytky stratosférického ozonu pozorovány ve vyšších zeměpisných šířkách, zatímco v rovníkovém a subtropickém pásmu zůstává ozonová vrstva neporušená. Extrémním případem zeslabení ozonové vrstvy je „ozonová díra“, která se od začátku 80. let pravidelně vytváří během 3–4 jarních měsíců nad Antarktidou. Vzhledem k teplejší arktické stratosféře se totiž podmínky nutné pro rozsáhlou destrukci ozonu na polárních stratosférických oblacích nad severní polární oblastí vyskytují jen krátkodobě a v omezeném rozsahu. Anomálie typu ozonové díry se tedy nad Arktidou nevytváří. Ve středních zeměpisných šířkách (30–60 stupňů) je ozonová vrstva v rozhodující míře zeslabována průnikem vzduchových mas s nízkým obsahem ozonu od pólů (chemický úbytek), nebo od rovníku (z oblastí s přirozeně nízkým množstvím ozonu).

Mezinárodní ochrana ozonové vrstvy a její účinky

Letos jsme si připomněli již 20 let platnosti Vídeňské úmluvy na ochranu ozonové vrstvy, ¹⁾ která vedla k vzniku Montrealského protokolu (1987). Tuto důležitou, právně závaznou mezinárodní dohodu spolu s jejími dodatky podepsalo již 188 zemí a mezinárodních institucí včetně České republiky. ²⁾ Montrealský protokol dnes v rozhodující míře omezuje výrobu a spotřebu látek ničících ozon. Jeho další zpřísnění již nemůže ochranu ozonové vrstvy podstatně ovlivnit. Nejdůležitějším úkolem proto zůstává, aby signatářské strany v průběhu příštích desetiletí omezení látek ničících ozon dodržovaly. Konkrétní důkazy o působení Montrealského protokolu již byly zaznamenány na referenčních observatořích (umístěné v superčistých lokalitách), které měří obsah těchto látek v atmosféře. Nárůst se postupně snižuje (obrázek) a na přelomu tisíciletí v některých případech již dokonce začaly klesat koncentrace hlavních látek, které ničily ozon. Modelové výpočty dalšího vývoje se jeví poměrně optimisticky, obnovení ozonové vrstvy lze předpokládat přibližně kolem r. 2050.

Současný stav ozonové vrstvy – začíná obnova?

Přesvědčivou odpověď na otázku, zda se ozonová vrstva přirozeně obnovuje, mohou dát pouze výsledky přímých měření. Systematické sledování stratosférického ozonu se dlouhodobě provádí na více než 100 stanicích celosvětové pozemní sítě programu Globálního sledování atmosféry (GAW) ³⁾ Světové meteorologické organizace. Naměřené údaje z této sítě jsou soustředěny ve Světovém ozonovém datovém centru této organizace v Torontu (www.woudc.org/index_e.html), odkud jsou volně k dispozici pro vědecké analýzy. Pozemní sledování ozonové vrstvy se stále více rozšiřuje měřením ozonu z družicových systémů (TOMS, GOME, OMI, SCIAMACHY). V současné době proto již má vědecká veřejnost k dispozici rozsáhlé datové soubory doplňované v reálném čase, které umožňují sledovat minulý i aktuální vývoj stavu vrstvy a poskytovat vstupní data do prognózních modelů. Každé čtyři roky jsou nejnovější výsledky publikovány v souhrnu „Ozone Assessment“ Světové meteorologické organizace. Poslední souhrn z r. 2002 a nejnovější odborné práce umožňují učinit tyto závěry:

• Celková bilance obsahu ozonu v atmosféře byla v uplynulých 25 letech narušena chemickým působením látek ničících ozon v polárních oblastech, především nad Antarktidou. Plošný rozsah (zhruba 20–25 × 10⁶ km²) i „hloubka“ antarktické ozonové díry se zatím nesnižují.
• Modelové analýzy předpokládají, že by počátek přirozené obnovy ozonové vrstvy měl začít v průběhu první dekády tohoto století. Ačkoliv se v posledních letech v globálním měřítku projevuje stagnace úbytku celkového ozonu (úbytky dosahují asi 4 %), jeho obnova zatím nezačala. Nadále existují výrazné rozdíly mezi severní a jižní polokoulí (obrázek).
• Počátkem 90. let se projevil výrazný úbytek ozonu po erupci vulkánu Pinatubo (1991). Poté následovala přirozená cirkulační regenerace ozonu, kterou ale nelze chápat jako začátek vzestupného trendu spojeného s obnovou ozonové vrstvy.
• Maximální přesnost měření celkového množství ozonu ve vertikálním sloupci atmosféry (tloušťka ozonové vrstvy) na kvalitních pozemních observatořích a pomocí nejnovějších družicových systémů se pohybuje kolem 1 %. Statistické analýzy ukazují, že spolehlivá identifi kace počátku obnovy ozonové vrstvy bude vyžadovat řádově jedno desetiletí. Pokud výše uvedená stabilizace zeslabení vrstvy již znamená počátek přechodového období, lze očekávat, že první spolehlivé důkazy o počátku obnovy budou k dispozici kolem r. 2010.
• Vyskytují se snahy považovat pokles koncentrací látek ničících ozon v atmosféře za počátek obnovy ozonové vrstvy. Tato interpretace „obnovy“ ale není z fyzikálního hlediska přijatelná a v některých případech za ní lze nalézt snahu o změkčení mezinárodních ochranných konvencí. Látky ničící ozon přetrvávají v atmosféře dlouho (mohou působit desítky let). Rozhodující jsou proto výsledky měření reálného stavu stratosférického ozonu.

Arktická „ozonová díra“?

Úvahy o počátku obnovy ozonové vrstvy začala výrazně komplikovat situace nad Arktidou. Zde jsou sice úbytky ozonu každoročně časově, plošně a v absolutní hodnotě značně proměnlivé, ale od počátku 90. let se jejich výskyt podstatně zvýšil. Tento nepříznivý trend se zatím nejvíce projevil na konci letošní zimy, kdy abnormální poklesy stratosférické teploty, trvající téměř 3 měsíce, vedly k rozsáhlému vzniku polárních stratosférických oblaků a k následnému úbytku stratosférického ozonu. Zeslabení ozonové vrstvy vyvrcholilo koncem února a začátkem března, kdy dosáhlo až 50 % normálu (viz obr. na s. 432). Šlo o stejný proces rozkladu ozonu, jaký nastává při tvorbě ozonové díry nad Antarktidou, a nad severními polárními oblastmi trval tentokrát několik týdnů. Za hlavní příčinu tohoto jevu je považováno postupné ochlazování arktické stratosféry, jež má prokazatelně dlouhodobý charakter. Pokud bude ochlazování pokračovat (přijde klimatická změna?), mohou se v budoucnosti podobné situace opakovat častěji a nad rozsáhlejšími oblastmi. V takovém případě není vyloučeno, že by se určitá analogie antarktické ozonové anomálie (zatím ale nikoliv ozonová díra) mohla objevit i v oblasti Arktidy – podrobněji viz: www.ozone-sec.ch.cam.ac.uk/scout_o3/. To znamená, že by jedním z důsledků globální změny klimatu mohlo být v celosvětovém měřítku značné oddálení přirozené obnovy stratosférického ozonu.

Stav ozonové vrstvy nad Českou republikou

Každodenní měření tloušťky ozonové vrstvy (celkového ozonu) se provádějí již od r. 1962 na Solární a ozonové observatoři Českého hydrometeorologického ústavu v Hradci Králové (jde o jednu z nejdelších řad měření celkového ozonu v Evropě). Na observatoři v Praze-Libuši jsou tato měření od r. 1978 sezonně (od ledna do dubna) doprovázena balonovými sondážemi vertikálního profi lu koncentrací ozonu až do výšky 30 km. Výsledky měření se zpracovávají v reálném čase a poskytují jak zahraničním partnerům (např. pro světové datové centrum, k validaci družicových měření nebo na globální mapové zpracování), tak pro ozonové a UV zpravodajství určené veřejnosti. Časový průběh zeslabení ozonové vrstvy nad ČR v celoročním měřítku odpovídá změnám v severních zeměpisných šířkách (obrázek). Od poloviny 80. let (období ozonové díry) nad naším územím výrazně ubylo ozonu v zimní části roku (od prosince po duben). Toto zeslabení ozonové vrstvy je důsledkem chemického rozkladu ozonu ve vyšších šířkách a v posledních letech se stabilizovalo na úrovni okolo 5–7 %. V období od května do srpna překvapuje ale značný úbytek ozonu (kolem 5 %), který má stabilní charakter a nemůže být způsoben látkami ničícími ozon. Jediným vysvětlením je změna cirkulačních podmínek ve spodní stratosféře, která patrně nastala v 90. letech a nadále přetrvává. Tato situace způsobuje zvýšení intenzity ultrafialového slunečního záření v letních měsících, což znamená nejen větší zdravotní riziko, ale i eventuální změny životního prostředí.