Jak vzniká ozonová díra?

Spousta lidí si stále představuje ozonovou díru jako jakýsi „otvor“ do atmosféry, který trvale sídlí kdesi nad Anrarktidou. Tyto představy jsou ale hodně daleko od reality.

Především ozonová díra není žádný „otvor“ do atmosféry. Je to oblast abnormálně sníženého množství ozonu. Jak moc sníženého, o tom jsem psal už někdy v minulosti. A není to jev trvalý, ale sezonní. V určitém ročním období vzniká a po pár měsících opět zaniká. Ale proč a jak?

Musíme začít na podzim na jižní polokouli (jaro na severní), tedy někdy v březnu až květnu. S nástupem polární noci se Antarktida a vzduch nad ní začínají ochlazovat. Antarktida je vysoko položený kontinent (skoro 2500 m n.m.), obklopený relativně teplým oceánem. Následkem ochlazování se začne tvořit tzv. antarktický cirkumpolární vír. Je to cyklonální proudění ve stratosféře nad Antarktidou, které do značné míry izoluje chladnoucí vzduch nad Antarktidou od teplejšího vzduchu v nižších zeměpisných šířkách. Druhým efektem ochlazování je vznik polární stratosférické oblačnosti ve výškách 15-25 km při teplotách pod -78°C. To vzniká oblačnost 1. typu, složená hlavně z krystalků hydrátů kyseliny dusičné a sírové a vody. Oblačnost 2. typu pak vzniká při teplotách pod -85 °C a tvoří ji čistý vodní led. K tomu většinou dochází v květnu nebo červnu.

Některé chemické sloučeniny v atmosféře mají tu vlastnost, že dokážou „ochránit“ ozon tím, že vychytávají látky, které ozon ničí (hlavně chlor a brom). Tyto sloučeniny ale postupně vymrzají do stratosférické oblačnosti. Jsou to hlavně metan (reaguje s reaktivním chlorem a „uzamyká“ ho do neškodného chlorovodíku) a oxid dusičitý, který váže oxid chlornatý do dusičnanu chloru (ClONO₂). Tím je všechno připraveno na dobu, kdy se začne do oblasti Antarktidy vracet sluneční záření.

S návratem slunečního záření nad Antarktidu, hlavně toho ultrafialového (srpen a září), se věci začnou rychle měnit. Ultrafialové záření začne štěpit molekuly kyslíku na atomární kyslík, což je běžně proces, kterým vzniká ozon. Ultrafialové záření ale také z molekul freonů odštěpuje volné atomy chloru. A chlor je schopen katalyticky ničit ozon:

Cl + O₃ –> ClO + O₂

ClO + O –> Cl + O₂

Do reakcí tedy vstupují chlor a ozon, vystupují chlor a kyslík. A chlor tak může znovu reagovat s ozonem. Jeden atom chloru je tak schopen katalyticky zničit řádově statisíce molekul ozonu. Sloučeniny, které mohou ozon „ochránit“ a vychytávat chlor, jsou v té době ještě vymrzlé v polární oblačnosti. Množství ozonu nad Antarktidou začne prudce klesat. Tyto reakce jsou navíc silně urychlovány na krystalcích stratosférické oblačnosti. V některých výškách tak tyto procesy dokážou zničit prakticky veškerý ozon. Vlivem slunečního záření ale v tomto období už teplota stratosféry začíná zvolna stoupat.

Až na začátku října se ale vzduch nad Antarktidou ohřeje natolik, že se začne vypařovat stratosférická oblačnost, uvolní sloučeniny, které „chrání“ ozon a destrukce ozonu tak slábne. A slábne i polární vír, což umožní transport vzduchu, bohatšího na ozon, z mírných šířek do polárních oblastí. Během října a listopadu tedy ozonová díra postupně zaniká. Ozonová díra tak zpravidla dosahuje maximálního vývoje právě v tomto období, na přelomu září a října.

Je to samozřejmě všechno chemicky složitější, uvedl jsem jen ty základní principy celého procesu. Podstatné ale je, že jde o kombinaci chemických (působení chloru), fotochemických (za účasti ultrafialového slunečního záření) a dynamických (cirkumpolární vír) procesů. A také to, že ten proces je katalytický a je závislý hlavně na množství chloru ve stratosféře. A že hlavním „dodavatelem“ chloru pro stratosféru jsou freony.

A jak vypadá ozonová díra letos?

Velice dobrý a aktuální přehled najdete na stránkách NASA Ozone Watch. Na nich je vidět, že letošní ozonová díra je plochou poměrně velká, má rozlohu přes téměř 27 milionů km² a není tak daleko od rekordní rozlohy, která je těsně pod 30 milionů km² (data od roku 1979). V ostatních charakteristikách (minimální hodnoty celkového ozonu, hmotnostní deficit ozonu) se ale nijak výrazně neliší od průměru za období 1979-2025. Stratosféra je o něco chladnější, než bývá obvyklé, takže i rozloha polární stratosférické oblačnosti je mírně větší, ale odchylky od průměru nejsou nijak zásadní.

Úvodní obrázek je z Nasa Ozone Watch