De ozonlaag in Antarctica
Een ozonmolecuul bestaat uit drie zuurstofatomen in plaats van de gebruikelijke twee. Het komt alleen in sporenhoeveelheden in de atmosfeer voor. Ozonmoleculen worden gevormd door de interactie van ultraviolette straling (UV) van de zon met zuurstofmoleculen: Wanneer een O2-molecuul wordt gesplitst, verbinden de twee vrije zuurstofatomen zich met andere O2-moleculen om O3-moleculen te vormen.
Omdat UV-straling intenser is op grotere hoogten waar de lucht dunner is, wordt de meeste ozon geproduceerd in de stratosfeer: Wetenschappers hebben berekend dat als de ozonlaag naar zeeniveau zou worden gebracht, deze 3 mm dik zou zijn, terwijl op Antarctica de ozonlaag maar 1 mm dik kan zijn. Ozon in de stratosfeer wordt door verschillende door de mens geproduceerde gassen uitgeput en er vormt zich een 'gat' boven Antarctica.
Het gat in de ozonlaag boven Antarctica
Door NASA's Goddard Space Flight Center [Openbaar domein], via Wikimedia Commons
Het ozongat is een van de grootste gevolgen die de mens heeft gehad op Antarctica. Van de jaren 1940 tot de jaren 1990 hebben snelle industrialisatie en een hogere levensstandaard ertoe geleid dat chloorfluorkoolstoffen, chloorfluorkoolwaterstoffen, halonen en methylbromide een 'gat' in de ozon boven het Antarctische continent hebben veroorzaakt.
Wetenschappers ontdekten het gat in de ozonlaag toen ze de hoeveelheid ozon die begin jaren tachtig werd aangetroffen vergeleken met metingen uit 1956. Het gat bleek in grootte te variëren, waarbij het gat zich vormde in de twee maanden september en oktober. Elke winter vormt zich een polaire draaikolk in de stratosfeer boven Antarctica met temperaturen die dalen tot wel - 85° Celsius in de lagere atmosfeer. Bij deze lage temperaturen vormen zich ijswolken die fungeren als plaatsen waar chloor- en broomhoudende chemicaliën worden omgezet in verbindingen die ozon vernietigen.
Studie van wolken sleutel tot het begrijpen van het ozongat
Meer specifiek bieden polaire stratosferische wolken (PSC's) oppervlakken voor chemische reacties waarbij chloor betrokken is dat ozonmoleculen vernietigt. PSC's vormen zich rond 60° zuiderbreedte in het hoogtebereik van 10-25 kilometer tijdens de winter en het vroege voorjaar. De wolken worden ingedeeld in Type I en Type II, afhankelijk van hun deeltjesgrootte en vormingstemperatuur.
Wolken van type I zijn veel dunner dan wolken van type II en hebben een vormingstemperatuur van 5 tot 8° Celsius boven het vriespunt. Deze wolken bestaan voornamelijk uit druppeltjes salpeterzuur en zwavelzuur, terwijl type II wolken, ook wel bekend als parelmoerwolken, bestaan uit ijskristallen en zich vormen wanneer de temperatuur onder het ijs-droogpunt ligt (meestal onder - 83°C.).
Ondanks tientallen jaren onderzoek zijn er nog steeds hiaten in de kennis over PSC's, bijvoorbeeld de timing en duur van PSC-gebeurtenissen, hun geografische omvang en verticale verdelingen, wat de nauwkeurigheid van modellen voor ozonafbraak beïnvloedt. In de lente, wanneer het zonlicht terugkeert naar Antarctica, begint de afbraak van ozon in de polaire vortex, die begin oktober een maximum bereikt en vervolgens afneemt tot eind december.
De ozonlaag beschermt ons tegen schadelijke straling
Het grootste deel van de ozon in de atmosfeer van de aarde bevindt zich tussen 15 en 30 km hoogte: in de stratosfeer, waar het schadelijke straling van de zon absorbeert:
Ongeveer 2 procent van het licht dat de zon uitstraalt is in de vorm van hoogenergetische ultraviolette (UV) straling. Een deel van deze UV-straling (UV-B) veroorzaakt schade aan levende wezens, waaronder zonnebrand, huidkanker en oogletsel. De hoeveelheid solaire UV-straling die de aarde op een bepaalde plek bereikt, is afhankelijk van de stand van de zon boven de horizon, de hoeveelheid ozon in de atmosfeer en de lokale bewolking en vervuiling. Met een ozongat boven Antarctica nemen de UV-B straling tijdens de Antarctische lente sterk toe.
Wereldwijde overeenkomst om ozonvernietigende chemicaliën te stoppen
Sinds de ondertekening van het Protocol van Montreal in 1989, waarin termijnen zijn vastgelegd voor de vermindering en eliminatie van de productie en het gebruik van stoffen die de ozonlaag afbreken, is er een aanzienlijke vermindering geweest van stoffen die de ozonlaag in de atmosfeer vernietigen. Verwacht wordt dat de ozonlaag boven Antarctica ergens in de tweede helft van de21e eeuw zal terugkeren naar het niveau van 1980. De timing van het herstel is echter onzeker vanwege de onzekerheid in modellen die worden gebruikt om toekomstige veranderingen te voorspellen.
Het ozongat wordt kleiner
In een recent onderzoek werd vastgesteld dat het ozongat boven je hoofd tijdens een expeditie op Antarctica kleiner wordt op basis van 15 jaar waarnemingen vanaf de grond en via satellieten. Het ozongat in 2014 was minder groot dan het gemiddelde van 1995-2005. Uit het onderzoek bleek dat het gat in de ozonlaag 20,9 vierkante kilometer groot was, het op zes na kleinste gat in de periode 1991-2004. Uit de gegevens blijkt dat het gat in de ozonlaag sinds 1998 kleiner wordt met een snelheid van 0,17 vierkante kilometer per jaar.
Het is echter niet duidelijk waardoor het ozongat kleiner wordt. De hoeveelheid ozonafbrekende stoffen in de stratosfeer op Antarctica wordt geschat met behulp van equivalent effectief stratosferisch chloor (EESC), een combinatie van chloor en broom. Er wordt een gemiddelde van 5,2 jaar gebruikt om het EESC te berekenen en sinds de piek van 3,70 deeltjes per miljard (ppb) in 2000-2002 is het EESC gedaald tot 3,49 ppb: een daling van 0,34 ppb of 9%. Dit betekent dat het EESC-niveau met 20% is gedaald naar het niveau van 2,05 ppb in 1980, waarbij 1980 door onderzoekers wordt beschouwd als de 'pre-ozone hole periode'.
Het verband tussen de ozonlaag en het klimaat
De Australian Antarctic Division heeft onderzoek gedaan naar de manier waarop het herstel van de ozonlaag zal leiden tot significante terugkoppelingen naar het oppervlakteklimaat van Antarctica en het zuidelijk halfrond gedurende de rest van de21e eeuw, in termen van veranderingen in seizoenscycli en temperatuur- en windtrends op de lange termijn.
Om dit beter te begrijpen ontwikkelt de Australian Antarctic Division een chemisch klimaatmodel via de Australian Community Climate Earth System Simulator (ACCESS). ACCESS bevat het UKCA-model (United Kingdom Chemistry and Aerosols). De belangrijkste doelstelling van het Australische ACCESS-project is het leveren van analyses en advies over de effecten van terugkoppelingen van ozonherstel op het klimaat op het zuidelijk halfrond. Het project is specifiek gericht op het volledig integreren van het chemische model UKCA in het ACCESS-model en het vergelijken van de resultaten met standaardscenario's met historische waarnemingen op regionale schaal.
Australisch onderzoek naar de ozonlaag
De verwachte resultaten van het ACCESS-programma zijn de implementatie van een nieuwe capaciteit voor het modelleren van aardsystemen voor Australië en peer-reviewed analyses van veranderingen in klimaatprocessen op Antarctica en het zuidelijk halfrond voor wetenschappelijke tijdschriften en advies aan overheidsinstanties.
Bovendien zal het project naar verwachting de samenwerking tussen Australië en Nieuw-Zeeland over de Tasmanen heen bevorderen: Het NIWA van Nieuw-Zeeland heeft onderzoek gedaan naar het ozongat op Antarctica omdat dit een groot effect heeft op het lokale klimaat, dat op zijn beurt weer van invloed is op het mondiale klimaat en de veranderingen van het zeeniveau.
Met name NIWA's modellering van de atmosferische chemie van terugkoppelingsprocessen tussen stratosferisch ozon en het Antarctische klimaat zal de nauwkeurigheid van modellen voor wereldwijde klimaatverandering vergroten. Tot dan toe was het Australische model gericht op weersvoorspellingen en klimaatprojecten en bevatte het geen interactieve stratosferische chemie.
Daarnaast wil ACCESS de samenwerking tussen Australische en internationale wetenschappers vergroten op het gebied van chemie-klimaatmodellering en de regionale effecten van ozonherstel op het zuidelijk halfrond. Daarnaast doet de Australische Antarctische Divisie onderzoek naar PSC's, waarbij de Davis Station LIDAR sinds 2001 wordt gebruikt om stratosferische wolken te bestuderen. De metingen worden gebruikt om de klimatologie van de wolken en hun relatie tot de temperatuurstructuur van de stratosfeer te onderzoeken.
