S notnou dávkou nadsázky lze říci, že život na Zemi před škodlivým zářením Slunce chrání jen několik milimetrů silná vrstva, složená z molekul ozonu (O3). Úbytek ozonu, ať už k němu dochází z jakýchkoliv příčin, je tedy opravdovou otázkou života a smrti.
Životodárné reakce
Ozon se v atmosféře soustřeďuje zejména do ozonosféry (cca 10 – 50 km), tedy vrstvy relativně bohaté na ozon, jehož v našich zeměpisných šířkách najdeme nejvíce ve výškách od 22 do 25 km. V troposféře, což je vrstva do 10 – 12 km od zemského povrchu, se ho z celkového obsahu vyskytuje jen 8 – 15%.
Množství ozonu ve sloupci atmosféry se udává v takzvaných Dobsonových jednotkách (D.U.), které lze definovat jako „tloušťku vrstvy molekul ozonu při normálním tlaku 1013 hPa a teplotě 0°C vyjádřené v setinách mm“.Vyjádříme-li tedy množství celkového ozonu například hodnotou 300 D. U., odpovídá to vrstvě ozonu o tloušťce 3 mm.
Samotný vznik ozonu v ozonosféře má na svědomí fotochemická reakce, tzv. fotolýza, molekul kyslíku (O2), při níž působením slunečního záření vznikají z každé molekuly O2 dva volné atomy kyslíku. Ty posléze mohou zpětně vstupovat do reakcí s dalšími molekulami O2 a vytvářet tak molekuly ozonu O3. Protože molekuly ozonu intenzivně a s chutí pohlcují ultrafialové záření, dochází následkem toho i k jejich fotolýze. Molekula ozonu se ovšem také může při srážce s volným atomem kyslíku rozpadnout. To je přirozený koloběh ozonu s jeho neustálou obnovou. Celkové množství ozonu v ozonosféře je tedy výsledkem citlivé rovnováhy mezi jeho produkcí a rozpadem.
Co oči nevidí
Sluneční záření deroucí se do zemské atmosféry je možné rozdělit do tří vlnových délek. Lidské oko je citlivé na viditelné záření o vlnových délkách 400 – 730 nm. O infračerveném záření mluvíme při vlnových délkách větších než 730 nm a vlnové délky menší než 400 nm má všem opalujícím se naháčům známá ultrafialová (UV) složka záření. UV záření tvoří přibližně 7% z celkové radiace, zbylých 93% připadá na viditelné a infračervené záření.
Záření s nejkratšími vlnovými délkami je většinou pohlceno již ve vysokých vrstvách atmosféry a na zemský povrch se tak dostává sluneční radiace s vlnovými délkami většími než 290 nm. Protože ozon si dokáže velice dobře poradit (pohltit) se zářením o vlnových délkách menších než 300 nm, je pak intenzita biologicky aktivní UV radiace na zemském povrchu závislá především na stavu ozonosféry.
Co dokáže člověk
Do této přirozené rovnováhy svým negativním působením razantně vstoupil člověk. Dnes je již jasné, že hlavní příčinou zeslabení ozonové vrstvy je chemický rozklad ozonu ve stratosféře (cca 12 – 50 km) volnými atomy chlóru a brómu. Ty se do těchto výšek dostávají především jako komponenty umělých, lidmi produkovaných látek (například freony a halony), které jsou velmi stabilní a mohou tak v atmosféře škodit až desítky let.
Jejich fotochemický rozklad UV zářením velmi urychlují procesy, které probíhají na pevných částicích takzvaných polárních stratosférických oblaků (PSC) nebo na aerosolech sopečného původu. PSC jsou tvořeny především kapkami a krystalky vody a HNO3 (kyselina dusičná) a jsou nebezpečná tím, že na jejich povrchu dochází k chemickým reakcím, které mění průmyslové splodiny do reaktivní formy. Ta následně ničí molekuly ozonu. Vznikají při velmi nízkých teplotách (pod –78°C) v horní stratosféře nad polárními oblastmi. Proto je hlavní úbytek stratosférického ozonu pozorován ve vyšších zeměpisných šířkách, zatímco v rovníkovém a subtropickém pásmu zůstává ozonová vrstva prakticky nenarušena.
Mění se klima v Arktidě?
Extrémním případem zeslabení ozonové vrstvy je tzv. ozonová díra, která se od poačátku 80. let pravidelně objevuje během jarních měsíců nad Antarktidou. Ve skutečnosti se samozřejmě nejedná o oblast, v níž by v ovzduší žádné molekuly ozonu nebyly, ale je to oblast s mimořádně sníženou koncentrací ozonu v ozonosféře. Její plocha je asi 20 – 28 milionů km2 a v posledních letech se k naší radosti nezvětšuje.
Zcela jiná je ovšem situace nad Arktidou! Vzhledem k její teplejší stratosféře se podmínky nutné pro rozsáhlou destrukci ozonu nad severní polární oblastí vyskytují jen krátkodobě a v omezeném rozsahu. Jenomže od počátku 90. let se zde úbytek ozonu podstatně zvýšil. Tento nepříznivý trend se zatím nejvíc projevil na konci loňské zimy, kdy zeslabení ozonové vrstvy vyvrcholilo koncem února a začátkem března a dosáhlo až 50% běžného normálu. Jednalo se o stejný proces rozkladu ozonu, který nastává při proděravění ozonové vrstvy nad Antarktidou.
Za hlavní příčinu tohoto jevu je považováno postupné ochlazování arktické stratosféry, které má prokazatelně dlouhodobý charakter. Pokud bude pokračovat a dojde tím ke změně klimatu, může se v budoucnosti podobá situace opakovat častěji a nad rozsáhlejšími oblastmi. V takovém případě není vyloučeno, že by se určitá analogie antarktické ozonové anomálie mohla objevit i v oblasti Arktidy.
Katastrofický scénář
Co by se tedy stalo, kdyby se nadále neomezoval „přísun“ emisí ozon poškozujících látek do atmosféry? V krajním případě by to mohlo vést až k úplné destrukci ozonosféry. Tím by však byla úplně odstraněna překážka bránící pronikání nepřátelského ultrafialového záření k zemskému povrchu. To by zřejmě způsobilo zánik života na naší planetě, protož určité vlnové délky ultrafialového záření (menší než 290 nm) potlačují dělení buněčných jader. Dnes jsou stratosférickým ozonem (zatím) pochytány a k zemskému povrchu tak prakticky nepronikají,
Navíc biologický efekt UV radiace o vlnové délce 290 nm je asi desettisíckrát větší ve srovnání s poškozováním živých organismů radiací o vlnové délce 320 nm, a proto si každý úbytek stratosférického ozonu zasluhuje značnou pozornost. Měření v posledním desetiletí ukazují nárůst UV záření i v našich zeměpisných šířkách.
Měří se i z vesmíru
V současnosti je však na místě spíše pozitivní náhled na problém, protože poslední měření prokazují, že se množství většiny ozon ničících látek v ovzduší začíná snižovat. Vyvstává tím otázka, zda již dochází nebo kdy dojde k přirozené obnově ozonové vrstvy. Přesvědčivou odpověď mohou dát pouze výsledky přímých měření.
Systematicky a dlouhodobě se stratosférický ozon monitoruje na více než 100 stanicích celosvětové pozemní sítě programu GAW (Global Atmosphere Watch) Světové meteorologické organizace. Naměřené údaje z této sítě jsou pak soustředěny ve Světovém ozonovém datovém centru v kanadském Torontu. Navíc přibylo i měření ozonu z družicových systémů (TOMS, GOME, OMI, SCIAMACHY). Maximální přesnost měření celkového množství ozonu ve vertikálním sloupci atmosféry, tedy tloušťka ozonové vrstvy, se nyní pohybuje na úrovni 1%. Každé čtyři roky jsou pak nejnovější vědecké výsledky shrnuty a publikovány v tzv. Ozone Assessments.
Blýská se na lepší časy?
Nejnovější modelové analýzy předpokládají, že počátek přirozené obnovy ozonové vrstvy by měl začít ještě v průběhu tohoto desetiletí. Ačkoliv se v posledních letech v globálním měřítku úbytek ozonu nijak zvlášť neprojevuje (stagnuje), jeho obnova však zatím nezačala.
Statistické analýzy ukazují, že spolehlivé rozpoznání počátku obnovy ozonové vrstvy bude vyžadovat jedno až dvě desetiletí. Přesto se vyskytují snahy považovat současný pokles koncentrací ozon poškozujících látek v atmosféře již za počátek obnovy ozonové vrstvy. Chyby lávky! Tento pohled na obnovu není z fyzikálního hlediska přijatelný a v některých případech za ním lze nalézt spíše jen snahu o změkčení mezinárodních ochranných pravidel. Znečišťující látky totiž mohou v atmosféře nenápadně škodit celé desítky let, aniž by se jejich účinek na ozon i při snížených koncentracích podstatně změnil.
Rozhodující jsou proto objektivní vědecké výsledky měření skutečného stavu stratosférického ozonu. A právě monitorování stavu ozónové vrstvy v polárních oblastech bude jedním z hlavních cílů Mezinárodního polárního roku 2007 – 2008.
Pozor na ozon nad Českem!
Každodenní měření celkového ozonu se u nás provádějí již od roku 1962 na Solární a ozonové observatoři Českého hydrometeorologického ústavu v Hradci Králové pomocí ozonových spektrofotometrů. Vznikla tak jedna z nejdelších řad naměřených hodnot v Evropě. Na observatoři v Praze Libuši jsou tato měření od roku 1978 sezónně (leden-duben) doprovázena údaji z balonových sond, které měří koncentrací ozonu až do výšky 30 km. Výsledky se pak v reálném čase zpracovávají a jsou poté přístupny i zahraničním partnerům a veřejnosti.
Od poloviny 80. let došlo nad územím ČR k úbytku ozonu, a to v zimní části roku. Toto zeslabení ozonové vrstvy je důsledkem chemického rozkladu ozonu ve vyšších zeměpisných šířkách a v posledních letech se ustálilo na úrovni okolo 5 – 7%. Překvapující je ale stabilní úbytek ozonu na 5% úrovni v letním období. Jediným vysvětlením je změna cirkulačních podmínek ve spodní stratosféře, která patrně nastala v 90. letech a nadále zatím přetrvává. Proto pozor! Tato situace má za následek zdravotně i ekologicky rizikové zvýšení slunečního UV záření v jarních a letních měsících.
Více se dozvíte:
Jan Bednář, Meteorologie, Portál, 2003.
http://www.chmi.cz/meteo/ozon/hk.html
Meteorologický slovník výkladový a terminologický, MŽP ČR, 1993.
http://www.wmo.ch/index-en.html
Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, WMO, Global Ozone Research and Monitoring Project, report num. 47
V mezinárodním měřítku
Pod záštitou OSN byla v březnu 1985 přijata Vídeňská úmluva o ochraně ozonové vrstvy a v roce 1987 Montrealský protokol o látkách, které poškozují ozonovou vrstvu. Organizace spojených národů pak vyhlásila 16. září Mezinárodním dnem ochrany ozonové vrstvy, jako připomínku data podpisu Montrealské protokolu a nutnosti mezinárodní spolupráce v ekologických záležitostech.
S vědou na opalování
UV-index je mezinárodně standardizovaná bezrozměrná veličina, charakterizující úroveň tzv. erytémového (erytém = červené zbarvení kůže) slunečního ultrafialového záření dopadajícího na zemský povrch. Vyjadřuje biologický efekt na lidské zdraví a používá se k informování obyvatelstva o možném negativním vlivu UV záření na lidský organismus.
Setkáváme se sním v podobě informací o očekávané maximální hodnotě UV-indexu, ale také o tzv. celkové době pobytu na slunci bez použití ochranných prostředků. Po jejím uplynutí již začne lidská pokožka vytvářet erytém, tj. dochází k rudnutí až hnědnutí kůže. Všeobecně se dá říci, že čím výše je Slunce nad obzorem, tím větší je UV-index. Čím větší je UV-index, tím větší je dávka UV záření.
Jak škodí UV záření
Působením UV záření se rozkládají makromolekulární látky a v důsledku toho se poškozují rostlinné a živočišné buněčné struktury, včetně nosičů genetických informací DNK a RNK. Na lidské pokožce může UV záření vyvolávat řadu chemických a biologických reakcí, které se v závislosti na celkové dávce projevují různým stupněm zánětu pokožky, od tvorby erytému přes vznik puchýřů až k odumření tkáně.
