Otsonikato

Ilmakehän otsoni absorboi tehokkaasti auringon ultraviolettisäteilyä ja biosfääri säästyy siten ultraviolettisäteilyn haitallisilta vaikutuksilta.

Otsonikerros

Otsonia esiintyy kaikilla ilmakehän korkeuksilla, mutta suurimmat pitoisuudet esiintyvät 15-30 km korkeudella niin sanotussa otsonikerroksessa. Otsonin pitoisuus ilmakehässä on kuitenkin pieni, suurimmillaan ainoastaan noin kuusi miljoonasosaa tilavuudesta. Näin ollen myös otsonin kokonaismäärä ilmakehässä on pieni, eli jos kaikki ilmakehän otsoni tuotaisiin maanpintaolosuhteisiin, siitä muodostuisi vain noin kolme mm paksu kerros maapallon pinnalle.

Otsonin muodostuminen käynnistyy kun auringon säteily pilkkoo happimolekyylin, eli suurin tuottonopeus on tropiikissa missä auringon säteily on voimakasta. Otsonin luontaiseen jakaumaan vaikuttaa yläilmakehän kiertoliike, joka tuo otsonia napa-alueille, sekä reaktiot typpi- ja vety-yhdisteiden kanssa.
 

Polaarialueiden otsonikato

Etelämantereen yllä havaittiin 1980-luvun puolessa välissä voimakas ohenema otsonikerroksessa, eli otsoniaukko. Yllättävä ilmiö herätti huolen otsonikerroksen kohtalosta ja otsonikadon aiheuttamasta uhasta biosfäärille. Voitiin pian osoittaa että halogenoidut hiilivedyt, eli klooria ja bromia sisältävät yhdisteet, olivat aiheuttaneet havaitun otsonikadon. Halogenoiduista hiilivedyistä vapautuu klooria ja bromia, joiden katalyyttiset reaktiot otsonin kanssa aiheuttaa otsonikatoa. Katalyyttisissä reaktioissa halogeeniyhdisteet vapautuvat reaktiosyklin päätteeksi, jolloin kato voi jatkua.

Jo aikaisemmin oli ennustettu että otsonikerros ohenisi kloori- ja bromiyhdisteiden takia, mutta voimakas polaariotsonikato tuli yllätyksenä. Polaarialueiden voimakas otsonikato johtuu polaaristratosfääripilvistä, jotka syntyvät talvinavan kylmissä olosuhteissa. Lämpötilat laskevat auringonsäteilyn puutteessa erittäin alhaisiksi, jopa alle –80 °C 20 km korkeudella. Talvella navan ympärille muodostuu napapyörre, joka eristää tehokkaasti napa-alueen ilmakehän muusta ilmakehästä. Polaaristratosfääripilvet, eli helmiäispilvet koostuvat vedestä, typpihaposta ja rikkihaposta. Pilvipisaroiden tai kiteiden pinnoilla tapahtuu reaktioita jotka vapauttavat klooria ja bromia aktiiviseen muotoon, jonka takia otsoniaukko kehittyy.

Etelämantereen polaaripyörre on erittäin pysyvä ja kylmä ja antaa siten mahdollisuuden suuriin otsonikatoihin. Pohjoinen polaaripyörre hajoaa yleensä 1–2 kuukautta aiemmin kuin eteläinen ja otsonikato jää vähäisemmäksi.

 

Otsonikerroksen suojelu

Otsoniaukon löytyminen vauhditti toimia otsonikerroksen suojelemiseksi. Jo 1987 sovittiin Montrealin Pöytäkirjassa otsonia tuhoavien aineiden tuotannon ja käytön rajoittamisesta ja lopettamisesta. Pöytäkirjaa on myöhemmin täydennetty, ja 2009 siitä tuli ensimmäinen sopimus jonka kaikki maailman maat ovat allekirjoittaneet.

Sopimuksella estettiin otsonituhon paheneminen, mutta otsonikerros palautuu entiselleen vasta tämän vuosisadan keskivaiheella, Etelämantereen yllä jopa myöhemmin. Montrealin Pöytäkirjassa sovitut päästövähennykset ovat myös tuoneet merkittävää ilmastohyötyä. Kansainvälinen otsonikerroksen suojelupäivä vietetään Montrealin Pöytäkirjan allekirjoituspäivänä 16. syyskuuta.