twitter google+ facebook

Ozonhul

Siden begyndelsen af 1980’erne er der sket en udtynding af ozonlaget. I polarområderne er udtyndingen i nogle perioder så kraftig, at forskere taler om et ozonhul. Udtyndingen skyldes udledninger af menneskeskabte klor- og bromholdige gasser, blandt andet CFC- (Chloro-Flouro-Carbon) og Halongasser.

I begyndelsen af 1970’erne blev man opmærksomme på, at ozonlaget bliver påvirket af industrielle aktiviteter. Opmærksomheden blev dog først rigtig stor, da det første ozonhul i 1985 blev opdaget over Antarktis.

Forskellige menneskeskabte klor- og bromforbindelser havde om foråret nedbrudt ozonen i stratosfæren. Efterfølgende er det samme fænomen blevet observeret hvert forår i stratosfæren over Antarktis.

Som konsekvens heraf blev der i 1987 indgået en international aftale - Montreal Protokollen - om at forbyde brug og udledning af ozonnedbrydende CFC- og Halon-gasser.  Efter Montreal-protokollen og dens senere tilføjelser, ses der nu en stagnation eller fald i de ozonnedbrydende stoffer i stratosfæren.

De ozonnedbrydende stoffer er typisk fire år om at trænge op i stratosfæren, hvor ozonnedbrydningen finder sted. Nogle af gasserne lever imidlertid over 100 år i atmosfæren. Derfor ses kun en langsom svækkelse af ozonnedbrydningen, og ozonhuller opstår stadig i dag. Ozonnedbrydningen er størst i de polare egne og mindst ved ækvator.

På figuren nedenfor til højre ses udviklingen af de ozonnedbrydende CFC-gasser, deres erstatning HCFC gasser og dens erstatning HFC fra 1950 frem til idag, samt en prognose for udviklingen i fremtiden.

Gasserne bliver brugt i blandt andet køleskabe og frysere og de er alle sammen kraftige drivhusgasser, som det kan ses nederst på figuren. Tilsammen opnår de ikke nær et så stort bidrag til drivhuseffekten som CO2, men de bliver en betydelig faktor i den menneskeskabte opvarmning.

Ozonlaget

Ozonlaget er det område i atmosfæren, hvor størstedelen af atmosfærens ozon befinder sig, som typisk er i stratosfæren i 10 til 50 kilometers højde. Specielt omkring 20 kilometers højde er koncentrationen af ozon høj.

Egentlig er ozonlaget mængden af al ozon i en luftsøjle fra jordoverfladen til atmosfærens top. Ozonkoncentrationen angives som den tykkelse søjlen ville have, hvis alt ozon flyttes ned til Jordens overflade. Det måles i Dobson enheder (DU), og en ozonlagstykkelse på 100 DU svarer til, at laget (søjlen) er 1 mm tyk ved jordens overflade. Jo mere ozon der er i atmosfæren, desto bedre beskytter den os mod Solens skadelige UV-stråling.

Der er sket en tydelig tilbagegang af de ozonnedbrydende stoffer siden 1987. Forudsat at Montreal-protokollen overholdes, falder udledningen af ozonnedbrydende gasser betragteligt de næste år.

Grundet CFC-gassernes lange levetid i atmosfæren, er nedbrydningen af ozon først i 2040-2050 tilbage på 1980-niveau.

Polar-stratosfæriske skyer og hvirvelstrøm

Klor- og bromforbindelserne er for det meste inaktive. Det vil sige, at gasserne ikke umiddelbart reagerer med andre stoffer. Men på overfladen af såkaldte polarstratosfæriske skyer omdannes klor- og bromforbindelserne effektivt til reaktivt klor og brom.

Polarstratosfæriske skyer dannes, når temperaturen er under -78 °C i stratosfæren. Disse betingelser findes kun om vinteren i polarområderne, hvor der ikke er sollys tilstede.

Om foråret, når sollyset vender tilbage, begynder klor og brom at reagere med ozon. Et enkelt kloratom kan nedbryde hundredtusinder af ozonmolekyler.

Derfor opstår ozonhullerne i det tidlige forår - det vil sige i september og oktober for Antarktis og marts og april for Arktis. Senere på foråret, bliver stratosfæren tilpas opvarmet af sollyset, og ozonnedbrydningen ophører.

Udover lave temperaturer i stratosfæren om vinteren, er det også nødvendigt med en stabil polar hvirvelstrøm før ozonhuller opstår. Denne hvirvelstrøm (vortex) kommer hver vinter og blæser kraftige vinde i højder mellem cirka 15 og 30 kilometer over Jordens overflade rundt om polerne.

Inden for hvirvelstrømmen er luften isoleret fra mere ozonrig luft udenfor på lavere breddegrader. Hvis hvirvelstrømmen er stabil i lang tid, bidrager det væsentligt til ozonnedbrydningen.

Hvordan CFC-molekyler nedbryder ozonen under UV-stråling. Grafik fra Aktuel Naturvidenskab nr. 1/2012

Ozonhuller over Europa

Den kraftige ozonnedbrydning er observeret over begge poler, dog markant mere over Antarktis hvor det dannes hvert år. Årsagen er, at temperaturerne i stratosfæren over Antarktis er meget lavere om vinteren end i vintermånederne over Arktis. Det giver ozonnedbrydningen bedre betingelser.

Der er store forskelle i ozonnedbrydningen over Arktis fra år til år, fordi temperaturerne varierer meget. Hvis temperaturen ikke bliver lav nok til dannelse af polar-stratosfæriske skyer, sker der næsten ingen ozonnedbrydning.

I marts og april 2011 indtraf den hidtil kraftigste ozonnedbrydning på den nordlige halvkugle. På grafikken herunder ses, at der selv over Danmark var en tydelig nedbrydning af ozon.

Figuren viser udviklingen af de tre gasarter CFC (blåt areal), HCFC (gult areal) og HFC (rødt areal) siden 1950 og den beregnede udvikling frem til 2050. Udledningen af de kraftigt ozonnedbrydende CFC-gasser blev begrænset ved Montrealprotokollen i 1989 og HCFC-gasserne erstattede CFC. Dog nedbryder HCFC-gasser i nogen grad også ozonlaget, så HFC-gasserne blev lavet. De lyseblå linjer viser den beregnede udvikling uden Montrealprotokollen.

I det øverste panel er de tre gassers udledning per år vist i Megaton (million ton). 

I det midterste panel, kan man se ozonnedbrydningspotentialet (OPD) for HCFC og CFC-gasserne (HFC nedbryder ikke ozon) angivet i hvor mange megaton CFC-11 det svarer til per år. Den stiplede linje viser koncentrationen ved tidspunktet for Montrealprotokollen som trådte i kraft i 1989. 

I det nedeste panel er gassernes effekt som drivhusgas vist svarende til den samme effekt i gigaton (milliard ton) CO2. CO2's udvikling er vist som den grønne linje.

Dobson Units
Mængden af ozon i atmosfæren måles i DU (Dobson Units). 100 DU svarer til, at man tager alt ozon i atmosfæren ned til havniveau og måler tykkelsen til at være 1 mm
Ozonlagets tykkelse vist over Skandinavien den 30. marts 2011. Farveskalaen er i Dobson Units (se box).
Kanten af hvirvelstrømmens den 30. marts 2011 er markeret med rødt.

Klimaforandringernes indflydelse på ozonnedbrydningen

Koncentrationen af drivhusgasser i atmosføren stiger løbende. Drivhusgasserne sørger for at varmen bliver holdt tæt ved Jordens overflade, og den nederste del af atmosfæren opvarmes.

Når varmestrålerne bliver stoppet af drivhusgasserne, kan de øvre liggende lag af atmosfæren ikke opvarmes nedefra. Ikke overraskende resulterer dette i en afkøling af blandt andet stratosfæren.

Lavere temperaturer og eventuelt højere koncentration af vanddamp i stratosfæren, betyder at der i polarområderne lettere dannes polar-stratosfæriske skyer. Dermed fører det til en forøget ozonnedbrydning i polarområderne, så længe klor- og bromkoncentrationerne er forhøjede i forhold til 1980-niveauet.

I polarområderne ser vi således to modsatrettede effekter i stratosfæren; stigende koncentrationer af drivhusgasser fører til stigende ozonnedbrydning, mens aftagende koncentrationer af klor- og bromforbindelser fører til mindre ozonnedbrydning. Vi kan derfor forvente dannelse af antarktiske ozonhuller frem til midten af det 21. århundrede.

Som følge af klimaforandringerne bliver stratosfæren også koldere på mellembreddegrader. Det fører til en mindre kraftig ozonnedbrydning og dermed en hurtigere genopretning af ozonlaget. Faktisk forventes et tykkere ozonlag i midten af dette århundrede i forhold til 1980 niveauet.

For yderligere information kontakt Niels Larsen, nl@dmi.dk

Temaet er skrevet af Niels Larsen, Helge Jønch-Sørensen og Paul Eriksen

Redaktion Carsten Ankjær Ludwigsen

Tilmeld dig DMI's ugentlige, elektroniske nyhedsbrev
Vejret undervejs på mobil.dmi.dk eller til iPhone eller Android
Følg DMI på Twitter
DMI's -nyheder