Normaalia lämpimämmän ilman ansiosta Etelämantereen ylle muodostui tänä vuonna otsoniaukko, joka oli toiseksi pienin viimeisten 20 vuoden aikana. Tänä vuonna otsoniaukon keskimääräinen koko oli 17,9 miljoonaa neliökilometriä. Otsonikerros suojaa maapallon elämää haitalliselta ultraviolettisäteilyltä, joka voi aiheuttaa ihosyöpää sekä vahingoittaa kasveja.
Otsonipitoisuus Etelämantereen yllä viime vuosina (yllä) ja otsonimittalaitteen lähettäminen ilmakehään (alla).
Etelämantereen otsoniaukko muodostuu syys-lokakuussa ja tänä vuonna se saavutti maksiminsa 22. syyskuuta, jolloin se kattoi 21,2 miljoonan neliökilometrin alan. Tämä ala vastaa suunnilleen Yhdysvaltojen, Kanadan ja Meksikon yhteistä pinta-alaa. Tähän mennessä suurin otsoniaukko havaittiin vuonna 2001, jolloin se kattoi 29,9 miljoonaa neliökilometriä.
Etelämantereen otsoniaukko alkoi esiintyä vuosittain 1980-luvun alkupuolella. Otsoniaukon syynä on ihmiskunnan tuottamissa CFC-yhdisteissä yhtenä osana oleva kloori. Tietyissä olosuhteissa kloori voi nopeasti pilkkoa otsonin ja stratosfäärin alaosan lämpötila on tärkeässä roolissa.
”Korkealla ilmakehässä oli tänä vuonna hiukan lämpimämpää, mikä aiheutti sen, että tänä vuonna otsoni väheni vähemmän kuin viime vuonna, jolloin oli kylmempää”, sanoo NOAA:n Jim Butler.
Otsoniaukko muodostuu yhä vuosittain, vaikka otsonia tuhoavien kemikaalien rajoittamisesta tehtiin kansainvälinen sopimus jo 25 vuotta sitten. Viime vuonna julkaistun tutkimuksen mukaan saattaa kulua vielä vuosikymmen, ennen kuin ensimmäiset merkit Etelämantereen otsoniaukon toipumisesta havaitaan. NASAn tutkijan Paul Newmanin mukaan Etelämantereen yläpuolisen otsonikerroksen tilanne ei todennäköisesti palaa 1980-luvun tasolle ennen 2060-lukua.
Tämä pitkä toipumisaika johtuu osittain otsonia tuhoavien kemikaalien suuresta määrästä ilmakehässä sekä siitä, että ne säilyvät ilmakehässä kauan. Ilmastonmuutos saattaa myös vaikuttaa otsonitilanteeseen viilentämällä stratosfääriä.
Stratosfäärin otsonikerroksen tilan tarkkailu on edelleen tärkeää, sillä otsonikerros suojaa maapalloa DNA-mutaatioita aiheuttavalta ultraviolettisäteilyltä. NOAAn ja NASAn tutkijat tarkkailevat otsonikerroksen kuntoa satelliiteilla, maan pinnalta tehtävillä mittauksilla ja havaintopallojen avulla.
Uusi ja tulevaisuudessa tärkeä otsonia tarkkaileva mittalaite on Suomi-NPP -sääsatelliitin kyydissä oleva Ozone Mapping Profiler Suite (OMPS). OMPS jatkaa otsonikerroksen tarkkailuprojektia, joka alkoi 1970-luvulla. OMPS tulee antamaan aiempaa yksityiskohtaisempia tietoja otsonipitoisuuksista ilmakehän eri kerroksissa ympäri maailman.
”OMPS katsoo ilmakehää sivuttain, joten se pystyy mittaamaan otsonipitoisuuden korkeuden funktiona”, sanoo NASAn tutkija ja OMPS-mittalaitteesta vastaava Pawan Bhartia. ”OMPS-mittalaitteen ansiosta pystymme seuraamaan lähemmin otsonin vähenemistä pystysuunnassa stratosfäärin alaosassa, missä otsoniaukot muodostuvat”.
Maan pinnalta tehtävät havainnot ja havaintopallot tulevat tarpeen pimeään aikaan, jolloin satelliittihavaintoja ei voida tehdä. ”Aurinko nousee etelänavan horisontin yläpuolelle vasta syyskuun 22. päivä, jolloin otsonin väheneminen on jo alkanut”, sanoo NOAA:n tutkija Irina Petropavlovskikh.
Uusia otsonitutkimuksia
Viime aikoina on ilmestynyt muutama tutkimus ilmakehän otsoniin liittyen. Alla ne esitellään lyhyesti.
– Austin ja muut ovat käyttäneet ilmastomallin simulaatioita stratosfäärin lämpötilan ja otsonipitoisuuden muutoksien selvittämiseen vuosien 1860 ja 2005 välillä. Tutkimuksen tuloksien mukaan stratosfäärin lämpötilassa ja otsonipitoisuudessa ei näy tilastollisesti merkitseviä muutoksia ennen vuotta 1960. CFC-yhdisteiden määrä lisääntyy vuoden 1970 jälkeen ja stratosfäärin otsonipitoisuus laskee tasaisesti vuoteen 2000 asti. Tasaisesti lisääntyvät kasvihuonekaasut viilentävät stratosfääriä 1900-luvun alusta alkaen ja viilenemisen nopeus nousee korkeuden myötä. Tulivuorten purkauksilla on myös vaikutus otsonipitoisuuteen.
– Arnone ja muut ovat havainnoineet arktisen alueen ilmakehää talvella 2010-2011, jolloin alueella oli poikkeuksellisen vähän stratosfäärin otsonia. Tuolloin stratosfäärissä oli viileämpää kuin tavallisesti, mikä lisäsi pilvien esiintymistä stratosfäärissä. Stratosfäärin pilvet puolestaan vaikuttavat otsonin vähenemiseen. Tammikuun 2011 alussa stratosfäärin pilviä havaittiin ennätyskorkealla (noin 30,5 kilometrin korkeudessa). Otsonipitoisuuden havaittiin vähenevän jopa 100 ppb per päivä. Lopulta otsonin väheneminen oli ennätyksellistä arktisella alueella.
– Myös Etelämantereella sijaitsevan Río Gallegos NDACC -tutkimusaseman yllä havaittiin ennätyksellisen vähän otsonia marraskuussa 2009. Tätä ovat tutkineet Wolfram ja muut. Alhaisen otsonipitoisuuden jakso kesti kolme viikkoa, mikä on harvinaisen pitkä aika vähäisen otsonin jaksolle. Vähäisen otsonin jakso liittyy ilmakehän olosuhteisiin, mikä toi vähän otsonia sisältävää ilmaa aseman ylle. Myöhemmin otsonipitoisuus palautui normaaliksi nopeasti.
– Alemmassa ilmakehässä otsoni on haitallinen ihmisen terveydelle. On yleisesti tiedossa, että otsonipitoisuus on yhteydessä kuolleisuuteen. Moshammer ja muut ovat selvitelleet parasta tapaa mitata otsonia, jotta sen vaikutusta kuolleisuuteen voitaisiin ennustaa Wienin kaupungissa Itävallassa. Tutkimuksen tuloksien perusteella parhaat mittaustavat olivat otsonipitoisuuden päivittäisen maksimin ja minimin erotus kyseisenä päivänä sekä kyseisen tunnin maksimipitoisuus. Päivän keskiarvo tai kahdeksan tunnin liukuva keskiarvo eivät olleet yhtä hyviä mittareita.
– Muita viime aikoina ilmestyneitä otsoniin liittyviä tutkimuksia ovat Langner ja muut kahden tutkimuksen voimin (Euroopan maanpinnan tason otsonipitoisuuden kehitys vuosien 1990 ja 2100 välillä sekä ilmastonmuutoksen vaikutus Euroopan maanpinnan tason otsonipitoisuuteen), Cooper ja muut (alailmakehän otsonipitoisuuden muutoksia Yhdysvaltojen maaseudulla vuosien 1990 ja 2010 välillä), González-Fernández ja muut (otsoniriskin arviointi Välimeren alueella kasvatettavalle vehnälle), Peters ja muut (uuden ilmakehän otsonipitoisuutta mittaavan laitteen kehittäminen), García ja muut (ilmakehän otsonipitoisuuden muutoksia subtrooppisilla alueilla vuosien 1999 ja 2010 välillä), Thompson ja muut (otsonisondeihin perustuvien otsonimittausten tarkastelua eteläiseltä pallonpuoliskolta) ja Bowman & Henze (eniten otsonin säteilypakotteeseen vaikuttavien päästölähteiden sijainti).
Lähteet:
NOAA, NASA: Antarctic ozone hole second smallest in 20 years
John Austin, Larry W. Horowitz, M. Daniel Schwarzkopf, R. John Wilson, and Hiram Levy II, Journal of Climate 2012, doi: http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-12-00162.1. [tiivistelmä]
Arnone, E., Castelli, E., Papandrea, E., Carlotti, M., and Dinelli, B. M.: Extreme ozone depletion in the 2010–2011 Arctic winter stratosphere as observed by MIPAS/ENVISAT using a 2-D tomographic approach, Atmos. Chem. Phys., 12, 9149-9165, doi:10.5194/acp-12-9149-2012, 2012. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Wolfram, E. A., Salvador, J., Orte, F., D’Elia, R., Godin-Beekmann, S., Kuttippurath, J., Pazmiño, A., Goutail, F., Casiccia, C., Zamorano, F., Paes Leme, N., and Quel, E. J.: The unusual persistence of an ozone hole over a southern mid-latitude station during the Antarctic spring 2009: a multi-instrument study, Ann. Geophys., 30, 1435-1449, doi:10.5194/angeo-30-1435-2012, 2012. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Hanns Moshammer, Hans-Peter Hutter, Michael Kundi, Which metric of ambient ozone to predict daily mortality? Atmospheric Environment, Volume 65, February 2013, Pages 171–176, http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.10.032. [tiivistelmä]
Langner, J., Engardt, M., and Andersson, C.: European summer surface ozone 1990–2100, Atmos. Chem. Phys., 12, 10097-10105, doi:10.5194/acp-12-10097-2012, 2012. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Langner, J., Engardt, M., Baklanov, A., Christensen, J. H., Gauss, M., Geels, C., Hedegaard, G. B., Nuterman, R., Simpson, D., Soares, J., Sofiev, M., Wind, P., and Zakey, A.: A multi-model study of impacts of climate change on surface ozone in Europe, Atmos. Chem. Phys., 12, 10423-10440, doi:10.5194/acp-12-10423-2012, 2012. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Cooper, O. R., R.-S. Gao, D. Tarasick, T. Leblanc, and C. Sweeney (2012), Long-term ozone trends at rural ozone monitoring sites across the United States, 1990–2010, J. Geophys. Res., 117, D22307, doi:10.1029/2012JD018261. [tiivistelmä]
I. González-Fernández, V. Bermejo, S. Elvira, D. de la Torre, A. González, L. Navarrete, J. Sanz, H. Calvete, H. García-Gómez, A. López, J. Serra, A. Lafarga, A.P. Armesto, A. Calvo, R. Alonso, Modelling ozone stomatal flux of wheat under mediterranean conditions, Atmospheric Environment, Volume 67, March 2013, Pages 149–160, http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.10.043. [tiivistelmä]
S. Peters, I. Bejan, R. Kurtenbach, S. Liedtke, G. Villena, P. Wiesen, J. Kleffmann, Development of a new LOPAP instrument for the detection of O3 in the atmosphere, Atmospheric Environment, Volume 67, March 2013, Pages 112–119, http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.10.058. [tiivistelmä]
García, O. E., Schneider, M., Redondas, A., González, Y., Hase, F., Blumenstock, T., and Sepúlveda, E.: Investigating the long-term evolution of subtropical ozone profiles applying ground-based FTIR spectrometry, Atmos. Meas. Tech., 5, 2917-2931, doi:10.5194/amt-5-2917-2012, 2012. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Thompson, A. M., et al. (2012), Southern Hemisphere Additional Ozonesondes (SHADOZ) ozone climatology (2005–2009): Tropospheric and tropical tropopause layer (TTL) profiles with comparisons to OMI-based ozone products, J. Geophys. Res., 117, D23301, doi:10.1029/2011JD016911. [tiivistelmä]
Bowman, K. and D. K. Henze (2012), Attribution of direct ozone radiative forcing to spatially resolved emissions, Geophys. Res. Lett., 39, L22704, doi:10.1029/2012GL053274. [tiivistelmä]
Ilmastotieto 