Hyvä ja paha otsoni

SAGE III -sensorit mittaavat ilmakehän

otsonipitoisuutta käyttäen Aurinkoa

ja Kuuta välonlähteenään niiden

"noustessa" ja valon kulkiessa ilmakehän

Stratosfäärin läpi. Kuva NASA.

Maapallon ilmakehässä oleva otsoni on joko hyvää tai pahaa, riippuen siitä, missä se sijaitsee. Pahaa otsonia on maanpinnalla, jossa se on määritelty saasteeksi. Sitä syntyy liikenteen ja teollisuuden prosessien sivutuotteina ja erityisesti sitä esiintyy toimistoissa, jossa otetaan paljon valokopioita. Hengitettynä otsoni ärsyttää hengityselimiä ja voi jopa aiheuttaa useita eri sairauksia, jos altistus on jatkuvaa.

Hyvää otsoni sijaitsee maapalon ilmakehän stratosfäärissä, noin 25 km korkeudella. Siellä sitä syntyy ilmakehän hapesta Auringon uv-säteilyn vaikutuksesta. Sama uv-säteily myös pilkkoo otsoni molekyylejä; erityisesti jos läsnä on klooria ja sen yhdisteitä, otsonin katoaminen on hyvin runsasta.  Otsonikerroksen katoaminen selittyy osittain myös sillä, että otsonia kaikkiaan on hyvin vähän, normaali-ilmanpaineessa se puristuisi vain 3 mm vahvuiseksi kerrokseksi.

Otsonikerroksen tärkeys liittyy sen kykyyn absorboida itseensä Auringosta tulevasta valosta suurimman osan uv-säteilystä. Vain hyvin vähäinen osa uv-säteilystä päätyy maanpinnalle asti, jossa se on yleisesti haitallista vaurioittaessaan eläinten kudoksia ja kasvien lehtien pintarakenteita.

Ensimmäisenä kloorin ongelmallisuuden havaitsivat kemistit Frank Rowland ja Mario Molina 1970-luvulla Kalifornian yliopistossa. Erityisesti klooratut ja fluoratut hiilivedyt (CFC), joita tuolloin käytettiin runsaasti jäähdytyslaitteissa ja aerosolivalmisteissa, päätyivät syytettyjen penkille. Ilmakehään päästessään, nämä yhdisteet tuhoavat otsonia, mikä erityisesti huoletti tutkijoita. Ilmakehän otsonipitoisuuden kansainväliset tutkimukset käynnistyivät tuota pikaa. Vuonna 1985 brittiläinen etelänavan tutkimusretkikunta havaitsi otsoniaukon Etelämantereen yläpuolella.

Tieteen historiassa ei ole toista tapausta, jossa poliitikot ja päättäjät olisivat ryhtyneet tositoimiin yhtä nopeasti. Jo vuonna 1987 Montrealissa päädyttiin kansainväliseen sopimukseen CFC-yhdisteiden valmistuksen ja käytön kieltämiseen. Sopimus allekirjoitettiin syyskuussa 1987, ja sen ratifioivat kaikki YK:n jäsenvaltiot.

Sopimuksen seurauksena ilmakehään vapautuvien CFC-yhdisteiden määrä alkoi nopeasti laskea, mutta itse otsoniaukko ei juuri vähentymiseen reagoinut. Joka kevät (syys–marraskuussa) Etelämantereen yläpuolelle syntyy uusi aukko. Vasta aivan viime vuosina jonkinlaista aukon pienentymistä on ollut havaittavissa. Hidas vaste selittyy CFC-yhdisteiden kestävyydellä, ne hajoavat hyvin hitaasti etenkin stratosfäärin olosuhteissa, jossa lämpötila on hyvin alhainen.

CFC-yhdisteiden valmistuskiellon jälkeen ne on korvattu samantapaisilla klooratuilla ja fluoratuilla hiilivedyillä. Näiden uusien yhdisteiden pitäisi olla ympäristöystävällisempiä, mutta loppujen lopuksi siitä ei ole mitään takeita. Lisäksi esimerkiksi litteiden televisio- ja tietokonemonitorien valmistuksessa käytetään kaasuja, jotka ovat paljon vaarallisempi kuin CFC-yhdisteet. Otsonikerroksen palautuminen on ehkä juuri näistä syistä hidasta. Tutkijat arvelevat otsonikerroksen palautuvan entiselleen joskus vuoden 2050 tienoilla.

Ihmisen aiheuttama päästöt eivät ole ainoa syy otsonikatoon. Luonto itse järjestää aika ajoin aerosolihiukkasten pääsyn stratosfääriin rajujen tulivuorten purkauksien aikana. Hyvin hienojakoinen vulkaaninen tuhka saattaa nousta otsonikerrokseen, jossa se leijuu vuosikausia. Tuhkahiukkaset toimivat katalyyttisenä alustana, joiden pinnalla tapahtuu otsonikatoa. Tästä syystä luonnontilainen otsonikerros ei ole vakio, vaan siinä tapahtuu vaihtelua. Rajuja tulivuorten purkauksia kun tapahtuu muutamien vuosien välein, ja niistä päätyy tuhkaa stratosfääriin ehkä noin kerran vuosikymmenessä, joskus useamminkin.

Nasan teknikko tarkastamassa SAGE III

-sensoria. Se on tarkoitus viedä vuonna

2014 Kansaiväliselle avaruusasemalle.

Kuva NASA.

Nasa on lähettänyt vuosien kuluessa kaksi SAGE-sensorein ( Startospheric Aerosol and Gas Experiment) varustettua satelliittia  vuosina 1979 (SAGE) ja 1984(SAGE II) . SAGE III -sensorit kiinnitettiin myös Venäläiseen Meteor-3M-satellittiin vuonna 2001. Se on mitannut otsonipitoisuuksia ilmakehästä hyvin suurella tarkkuudella, jollaiseen ei aikaisemmin ollut päästy.

Ensi vuona Nasa kuljetuttaa Space X -kantoraketilla Kansainväliselle avaruusalukselle uuden SAGE III -sensorin. Se käyttää valonlähteenään niin Aurinkoa kuin Kuutakin, kun jompikumpi näkyy ”nousevan” ilmakehän läpi. Sijoituspaikastaan SAGE III -sensorit voivat mitata otsonipitoisuuksia aina tropopausiin ja jopa hieman alempaakin ilmakehän kerroksista, joissa matkustajalentokoneet lentävät. Mittaustarkkuuden odotetaan olevan parempi kuin 1 %.