Tutkijat yllättyivät, kun kahden yhdysvaltalaisen ja yhden eurooppalaisen satelliitin mittaustuloksista paljastui keväällä epätavallisen suuri ja syvä otsoniaukko Arktiksen yllä. Kuten tiedetään, otsonikerros suojelee meitä auringon haitallisilta ultraviolettisäteiltä. Tiedossa on ollut myös se, että otsoniaukkoja esiintyy ennen kaikkea Antarktiksen yllä, ja Antarktiksen alueellahan ei juuri ole asutusta.

Pohjoisen napa-alueen yllä oleva otsoniaukko onkin aivan eri asia, koska arktisilla alueilla asuu pysyvästi paljon ihmisiä. Otsoniaukko altistaa niin ihmiset ja eläimet kuin kasvitkin entistä voimakkaammalle auringon ultraviolettisäteilylle. Jos aukko on syvä ja pitkäaikainen, se voi aiheuttaa terveysriskin. Otsoniaukot eivät kuitenkaan onneksi pysy yhtä suurina vuoden ympäri, suurimmillaan ne ovat keväisin.

Arktiksen otsoniaukot eivät ole sinänsä uusi asia, mutta vuoden 1997 jälkeen siellä ei ole havaittu näin syvää aukkoa. Syynä on epätavallisen ankara talvi 2010–2011, joka kesti lähes kuukauden normaalia pidempään. Otsoniaukkoja syntyy, kun CFC-kaasut nousevat stratosfääriin noin 15–35 kilometrin korkeuteen maanpinnasta. CFC-kaasut ovat keinotekoisia yhdisteitä, joita on aiemmin käytetty muun muassa jääkaapeissa. Ihminen on siis erittäin todennäköisesti itse syypää otsonikerroksen heikkenemiseen.

Hieman kemiaa

CFC-kaasut ovat valitettavasti erittäin pitkäikäisiä, joten vaikka niiden käyttöä alettiin rajoittaa jo 1980-luvulla, niitä riittää stratosfäärissä vielä vuosien ajan. Stratosfäärissä kaasuihin vaikuttaa auringon ultraviolettivalo, jolloin syntyy muun muassa suolahappoa (HCl) ja kloorinitraattia (ClNO3). Kun talvi sitten alkaa, nämä molekyylit asettuvat jääkiteiden pinnalle korkealla sijaitsevissa, hyvin kylmissä pilvissä, joissa lämpötila saattaa helposti laskea –80 asteeseen.

Korkealla leijuvia, hyvin kylmiä stratosfääripilviä. Näissä pilvissä tapahtuvat otsonikerrosta tuhoavat kemialliset prosessit. Valokuva: JPL/Nasa

Pilvissä tapahtuu kemiallisia reaktioita, joissa muodostuu kloorimolekyylejä. Ne odottavat sitten vain kevättä, jolloin auringonvalo taas palaa ja hajottaa molekyylit kahdeksi vapaaksi klooriatomiksi. Otsonikerroksen tuhoutuminen alkaa, kun klooriatomi reagoi kolmesta happiatomista (O3) koostuvan otsonimolekyylin kanssa. Reaktiossa syntyy tavallista happea (O2) ja kloorimonoksidia (ClO).

Kloorimonoksidi voi nyt reagoida uuden otsonimolekyylin kanssa, jolloin muodostuu uusi vapaa klooriatomi ja kaksi tavallista happimolekyyliä. Tämä prosessi voi jatkua hyvin pitkään, joten jo pieni määrä klooria saattaa olla otsonikerroksen kannalta tuhoisa.

Ongelma vai ei?

Nasalla on kokonainen laivasto satelliitteja, jotka valvovat Maan ilmakehää, ilmastoa ja ympäristöä. Ne lentävät täsmällisessä muodostelmassa. Otsonimittauksia on tehnyt etenkin kaksi näistä satelliiteista, Aura ja CALIPSO. Tehtävään on osallistunut myös eurooppalainen Envisat. Lähde: Nasa

Keskeinen kysymys on se, ovatko Arktiksen yllä vuosina 1997 ja 2011 havaitut otsoniaukot syntyneet sattumalta vai liittyvätkö ne maailmanlaajuiseen lämpenemiseen.

Yleensä ilmastomallit kertovat, että maapallon lämpeneminen ilmenee ilmakehän alimmassa kerroksessa, troposfäärissä. Stratosfääri sen sijaan viilenee, mikä taas edistää korkealla sijaitsevien kylmien pilvien muodostumista. Mallit ennustavat myös virtausten lisääntyvän stratosfäärissä. Se tarkoittaisi sitä, että otsonia virtaisi trooppisilta alueilta Arktikseen, missä se taas hidastaisi otsoniaukkojen syntyä. Vielä ei siis tiedetä varmasti, onko edessä vakava ongelma vai ei.

Onneakin on ollut matkassa

Vaikka tätä ei aikoinaan tiedettykään, on ollut kuitenkin onni, että ilmakehään on päästetty klooripitoisia eikä bromipitoisia kaasuja. Klooriatomi voi hajottaa 100 000 otsonimolekyyliä, mutta se ei ole vielä mitään verrattuna siihen vahinkoon, mitä yksi bromiatomi voi saada aikaan. Bromiatomit tuhoavat otsonia noin 60-kertaisella tehokkuudella klooriatomeihin verrattuna. Myös bromikaasuja on päässyt ilmakehään, mutta onneksi vain hyvin pieniä määriä.

Näyttää siis siltä, että leikimme tulella tietämättä tarkkaan, mitä katastrofeja se voi aiheuttaa. Siksi tulevaisuudessa on tärkeää tehdä ratkaisuja, jotka perustuvat mahdollisimman tarkkaan punnittuihin tutkimustuloksiin. Satelliittimittauksilla on tässä yhä keskeisempi merkitys.