Apie atmosferos ozoną
Ozonas (O3) – tai cheminis trijų deguonies atomų junginys, turintis stiprų kvapą. Žemės atmosferoje ozono yra labai mažai, jo koncentracija neviršija tūkstantosios vieno procento dalies bendrame atmosferos dujų kiekyje. Ozono ore yra nuo pat Žemės paviršaus iki maždaug 80 km aukščio, bet jis pasiskirstęs labai netolygiai – didžiausia koncentracija stratosferoje, 15-25 km aukštyje. Bendras ozono kiekis išreiškiamas Dobsono vienetais – jeigu nusodintume visas ozono molekules sąlyginiame atmosferos stulpe, esančiame tam tikroje vietoje, nuo atmosferos viršaus iki pat Žemės paviršiaus, tai normaliomis sąlygomis, esant 1013 hPa atmosferos slėgiui ir 0 °C oro temperatūrai, susidarytų apie 3 milimetrų ozono sluoksnelis. Tokio sluoksnio storį, lygų vienai šimtajai milimetro daliai, vadiname Dobsono vienetu (DU).
Pagal oro temperatūros kitimą kylant aukštyn atmosfera yra suskirstyta į keletą „sferų“. Nuo Žemės paviršiaus prasideda troposfera. Joje vyksta beveik visi svarbiausi meteorologiniai reiškiniai, yra susikaupę 4/5 viso atmosferos oro ir beveik visi vandens garai. Oro temperatūra kylant krinta maždaug 0,6 °C kas šimtas metrų iki 10-13 km aukščio ir nukrenta iki -50…-60 °C. Virš troposferos yra tropopauzė – apie 1-2 km storio sluoksnis, kuriame temperatūra beveik nesikeičia, todėl ji dažniausiai sulaiko aukštyneigius oro srautus. Aukščiau prasideda stratosfera, kur temperatūra aukštėjant kyla net iki 0 °C. Joje dar yra vandens garų, bet jau labai mažai. Maždaug 45-50 km aukštyje yra stratopauzė, virš jos – mezosfera, kurioje temperatūra vėl krinta, dažnai žemiau nei -100 °C. Mezopauzė yra maždaug 80 km aukštyje. Tai viršutinė riba, kur dar yra ozono.
Įvairiame aukštyje ozono reikšmė yra skirtinga.
Troposferoje ozonas labiau kenksmingas nei naudingas, nes didesnė jo koncentracija kenkia žmonių sveikatai (nedidelė – veikia stimuliuojančiai, stiprina imunitetą). Pažemio sluoksnyje ozonas susidaro automobiliams išmetant dujas, rūkstant gamyklų kaminams, perkūnijų metu ir t.t. šioje sferoje ozonas veikia šiluminį planetos režimą. Kadangi, ozonas sugeria šiluminį (infraraudonąjį) spinduliavimą, kurį atspindi Saulės spindulių įšildytas Žemės paviršius, tose spektro dalyse, kur pagrindinės dujos – anglies dvideginis ir vandens garai, sugeria blogai. Tokiu būdu jis padidina taip vadinamąjį ,,šiltnamio efektą”, nes pakelia oro temperatūrą.
Stratosferoje ozonas yra visos gyvybės Žemėje saugotojas, kadangi sugeria daug kenksmingos ultravioletinės Saulės spinduliuotės (UV) 200-320 nm ilgio bangų diapazone. Tai yra vertingiausia ir svarbiausia ozono savybė. Sugerdamas ultravioletinius spindulius įšildo orą tame sluoksnyje. Čia yra ir didžiausia ozono koncentracija.
Mezosferoje ozonas tik kartu su kitomis dujomis dalyvauja fotocheminėse reakcijose, o 50-80 km aukštyje svarbus jonosferai susidaryti.
Ozonas susidaro veikiant ultravioletinei Saulės spinduliuotei. Jai veikiant deguonies molekulės skyla. Kuo aukščiau virš Žemės, tuo daugiau iš molekulės O2 ir atomo O susidaro molekulių O3. Tuo paaiškinama didėjanti ozono koncentracija kylant aukštyn virš Žemės paviršiaus. Veikiant Saulės spinduliavimui skyla ne tik deguonies, bet ir ozono molekulės. Sluoksnyje, kuriame didžiausias ozono tankis, O3 pradeda irti greičiau, negu susidaryti. Tada jo tankis mažėja. Viskas vyktų taip, jeigu veiktų tik fotocheminiai procesai, bet iš tikrųjų ozono susidarymą bei irimą lemia daugybė fotocheminių reakcijų su kitomis oro dujomis ir įvairiausi dinaminiai procesai atmosferoje.
Ypač smarkiai ozoną naikina chlorfluorangliavandenilio junginiai, vadinamieji freonai, kurie naudojami šaldytuvų, lakų, dezodorantų, insekticidų, tepalų, antikorozinių dangų, penoplastų ir kt. gamybai. Ypač pavojingi freonai, turintieji ilgą irimo periodą. Į stratosferą pakliuvę teršalai kartu su oro masėmis nukeliauja į Žemės ašigalius. Antarktidoje dėl specifinių meteorologinių sąlygų pavasarį pastebimas smarkus ozono kiekio sumažėjimas, kuris vadinamas Antarktidos ozono ,,skyle“.
Kadangi žmonija nuolat ką nors gamina, teršia, nuolat mažėja ir ozono kiekis stratosferoje. Žinoma, kad mažėjant ozono kiekiui, didėja Žemės paviršių pasiekiančių ultravioletinių spindulių kiekis. Gyvybė per milijonus metų prisitaikė prie tam tikrų ilgalaikių sąlygų, o padidėjęs ultravioletinis spinduliavimas gali sukelti įvairiausias visos gyvybės – augalų, gyvūnų, taip pat ir žmonių populiacijos mutacijas. Įrodyta, kad padidėjęs spinduliavimas sukelia odos vėžį, kenkia akių tinklainei.
Ozono sluoksnio apsaugos problema tokia rimta, kad pasaulyje ją sprendžia įvairių šalių, įvairių sričių mokslininkai, ekologai, gamintojai.
Pirmieji kokybiški bendro ozono kiekio matavimai pradėti tik apie 1913 m. Nuo 1966 m. pradėti pirmieji matavimai ir iš Žemės palydovų. 1977 m. Jungtinių Tautų Organizacija įsteigė ozono sluoksnio koordinacinį komitetą. 1985 m. Vienoje 44 valstybių atstovai priėmė „Ozono sluoksnio apsaugos Konvenciją“, 1987 m. buvo pasirašytas Monrealio protokolas apie ozono sluoksnį naikinančių cheminių medžiagų gamybos sumažinimą bei kontrolę. Įsteigta bendro ozono kiekio matavimų sistema, kurią koordinuoja Pasaulinė meteorologijos organizacija. Pasaulinis ozono duomenų ir ultravioletinės saulės spinduliuotės centras (World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre (WOUDC)) yra Kanadoje. Jis surenka žinias apie ozono kiekį iš maždaug 340 stočių. Nuo 1995 m. rugsėjo 16 d. švenčiama tarptautinė ozono sluoksnio apsaugos diena, taip pažymint konvencijos pasirašymo dieną ir atkreipiant visuomenės dėmesį į tarptautines pastangas kovoti su šia problema.
1994 m. gruodžio 19 d. Lietuva ratifikavo Vienos konvenciją ir Monrealio protokolą (LRV nutarimas Nr. 1279 ), 1997 m. gruodžio 9 d. – Monrealio protokolo Londono ir Kopenhagos papildymus (LRS įstatymas Nr. VIII – 572), 2004 m. sausio 15 d. – Monrealio protokolo Monrealio ir Pekino pakeitimus (LRS įstatymas Nr. IX – 1961), 2004 m. vasario 5 d. Geteborgo protokolą dėl rūgštėjimo, eutrofikacijos ir pažemio ozono mažinimo (LRS įstatymas Nr. IX – 2008). Buvo parengta Lietuvos nacionalinė ozono sluoksnio apsaugos programa, atlikta ozoną ardančių medžiagų inventorizacija, numatytos priemonės jų atsisakyti artimiausioje ateityje. Nuolat prižiūrima, kaip įgyvendinamos pasirašytų, ratifikuotų daugiašalių konvencijų nuostatos aplinkos apsaugos srityje.
1993 m. sausio mėnesį Lietuvos hidrometeorologijos tarnyba Kauno meteorologijos stotyje pradėjo ozono matavimus ir įsijungė į bendrą Pasaulinės meteorologijos organizacijos ozono stebėjimo sistemą. Bendro ozono kiekio duomenys yra siunčiami į Pasaulio ozono ir ultravioletinės saulės spinduliuotės centrą Kanadoje, skelbiami šio centro ozono duomenų biuletenyje „Ozone Data for the World“. 2001 m. buvo parengta mokslinė tema „Ozonas pasaulyje ir Lietuvoje“.
Bendrojo ozono kiekis svyruoja gana smarkiai. Pažymėtina, kad bendrojo ozono kiekio raidą virš Lietuvos lemia globalūs procesai, todėl meteorologinių sąlygų ar ozono sluoksnį ardančių medžiagų koncentracijos pasikeitimas bet kurioje šalyje veikia ozono sluoksnį virš Lietuvos ir atvirkščiai. Didelę įtaką turi horizontalūs ir vertikalūs dinaminiai procesai atmosferoje, geografinė platuma, metų laikai. Didžiausias bendrojo ozono kiekis vidutinėse platumose paprastai būna pavasario antroje pusėje ir vasaros pradžioje, o mažiausias – rudenį ir žiemą. Taip yra dėl to, kad ozonas (susidaręs pas mus ar atneštas iš kitų platumų) per žiemą kaupiasi, nes dėl mažesnio Saulės aukščio yra mažiau naikinamas, o per vasarą esant didesniam Saulės aukščiui, intensyvesnei spinduliuotei ardomas smarkiau. Per visą stebėjimų laikotarpį Kauno meteorologijos stotyje didžiausias vidutinis paros bendrojo ozono kiekis, išmatuotas 2018 m. kovo 3 d. sudarė 574 DU, o mažiausias – 2007 m. gruodžio 21 d. – 202 DU ir buvo net 33 % mažesnis, nei vidutinis daugiametis.
Kuo plonesnis ozono sluoksnis, tuo daugiau ultravioletinių saulės spindulių pasiekia žemės paviršių. Bendram ozono kiekiui atmosferoje sumažėjus 1% UVB kiekis gali padidėti 2 %. Sumažėjus keliomis dešimtimis procentų, biologiškai aktyvios saulės spinduliuotės kiekis gali padidėti kelis ar net keliasdešimt kartų. Todėl apie didesnį ozono kiekio sumažėjimą (daugiau kaip 20 %) yra informuojama visuomenė. Nuo padidėjusio UV kiekio, kurį lemia ozono sluoksnio suplonėjimas, reikia saugotis. Labai svarbu, kokios yra meteorologinės sąlygos, ypač dangaus skliauto būklė – dangus giedras ar apsiniaukęs. Kuo storesnis debesų sluoksnis, tuo daugiau sulaikoma ultravioletinių spindulių.
Apie apsisaugojimo būdus skaitykite straipsnyje „Apie ultravioletinę saulės spinduliuotę ir jos poveikį žmogui“ ir skyrelyje „UVI prognozė“.