Πλανητικά ατμοσφαιρικά κύματα μειώνουν την τρύπα του όζοντος στην Αρκτική

Από σελίδα της NASA 11-Οκτωβρίου-2001

Τεράστια πλανητικά ατμοσφαιρικά κύματα που περιτυλίγουν σαν ζώνη τη Γη, καταστέλλουν την τρύπες του όζοντος πάνω στο βόρειο ημισφαίριο της Γης. Οι περισσότεροι από τους καταστροφικούς για το όζον γήινους ρύπους προέρχονται από το βόρειο μισό του πλανήτη μας. Όμως η μεγάλη τρύπα του όζοντος βρίσκεται πάνω από το Νότιο πόλο-- όχι τον Βόρειο.

Γιατί όμως;

Η νέα έρευνα επιβεβαιώνει κάποιους επιστήμονες που είχαν υπολογίσει το φαινόμενο: Τα γιγαντιαία ατμοσφαιρικά κύματα που γεννιούνται από χαρακτηριστικά γνωρίσματα εδάφους όπως τα Ιμαλάια, μετριάζουν τον σχηματισμό μιας βόρειας τρύπας του όζοντος και, κατά συνέπεια, οι αρκτικές πόλεις παραμένουν ασφαλείς από τις ανεπιθύμητες δόσεις της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας-- τουλάχιστον για τώρα.

Οι ερευνητές προειδοποιούν όμως ότι η αλλαγή του κλίματος θα μπορούσε να ανατρέψει την εργασία αυτή των ατμοσφαιρικών κυμάτων και έτσι να καταστήσει τις αρκτικές τρύπες του όζοντος, κάτι ορατό στο μέλλον.

Η οροσειρά Dhaulagiri των Ιμαλαίων στο κεντρικό Νεπάλ είναι μια πηγή των πλανητικών ατμοσφαιρικών κυμάτων που θερμαίνουν την στρατόσφαιρα.

Σε χρονιές όμως που τα πλανητικά ατμοσφαιρικά κύματα στο βόρειο ημισφαίριο είναι κατ' ασυνήθιστο τρόπο αδύνατα, μπορεί να διαμορφωθεί μια τρύπα του όζοντος και πάνω από την Αρκτική. 

Μικρές τρύπες όζοντος όμως έχουν σχηματισθεί στην πραγματικότητα και πάνω από την Αρκτική πολύ πιό πριν. Η άνοιξη του 1997 είναι ένα πρόσφατο παράδειγμα. Αλλά τέτοια γεγονότα είναι η εξαίρεση παρά ο κανόνας.

Η χημεία της καταστροφής του όζοντος απαιτεί πολύ παγωμένες θερμοκρασίες του αέρα στη στρατόσφαιρα, και η αρκτική στρατόσφαιρα δεν είναι ακριβώς τόσο κρύα όσο το ανταρκτικό αντίστοιχό της.

Η γεωγραφική διαφορά βορρά-νότου είναι ένα έμμεσο αποτέλεσμα του τρόπου που η ξηρά κατανέμεται γύρω από τη Γη -- δηλαδή με άνισο τρόπο. Το μεγαλύτερο μέρος του εδάφους του πλανήτη μας και τα υψηλότερα βουνά του είναι ως γνωστόν στο βόρειο ημισφαίριο.

Τα υψηλά βουνά και τα όρια εδάφους-θάλασσας συνδυάζονται για να παραγάγουν απέραντους κυματισμούς στην ατμόσφαιρα, που αποκαλούνται "κύματα πλανητικής κλίμακας," ή "μακρά κύματα," και που ενεργούν για να θερμαίνουν τον πολικό αέρα. Αυτά τα κύματα πλανητικής κλίμακας είναι τόσο μεγάλα, που μερικά από αυτά τυλίγουν γύρω-γύρω ολόκληρη τη Γη!

Αντίθετα από τα κύματα του νερού, που μετατοπίζουν το νερό πάνω-κάτω, τα πλανητικά κύματα ταλαντώνουν τον αέρα από το  Βορρά προς το Νότο καθώς ταξιδεύουν γύρω από τον πλανήτη μας.

Σχηματίζονται στη τροπόσφαιρα (το χαμηλότερο μέρος της ατμόσφαιρας) και διαδίδονται πρός τα πάνω, μεταφέροντας την ενέργειά τους στη στρατόσφαιρα.

Τα ισχυρότερα πλανητικά κύματα στο βόρειο ημισφαίριο θερμαίνουν την αρκτική στρατόσφαιρα και καταστέλλουν έτσι την καταστροφή του όζοντος.

Οι μορφές του εδάφους στο νότιο ημισφαίριο παράγουν επίσης πλανητικά κύματα , αλλά τείνουν να είναι πιό ασθενή επειδή υπάρχουν λιγότερες ψηλές οροσειρές και ανοικτότεροι ωκεανοί γύρω από την Ανταρκτική

"Το οροπέδιο των Ιμαλαϊων είναι μια τεράστια πηγή ενέργειας για αυτά τα κύματα στον Βορρά," λέει ο Paul Newman, ένας ατμοσφαιρικός φυσικός στο Κέντρο Διαστημικής Πτήσης Goddard της NASA. "Εάν δεν είχαμε τα Ιμαλάια, η στρατόσφαιρα πάνω από την Αρκτική θα ήταν πολύ πιό κρύα από ό,τι είναι."

Ο Newman ήταν ο επικεφαλής συντάκτης ενός εγγράφου που δημοσιεύθηκε τον περασμένο μήνα, και που παρουσιάζει τα δορυφορικά και μετεωρολογικά στοιχεία που συνδέουν τα πλανητικά κύματα με τις ανόδους της θερμοκρασίας που καταχωρούνται στην Αρκτική -- μια σύνδεση που πολλοί επιστήμονες προ πολλού την αναγνώριζαν, αλλά μόνο τώρα την έχουν υπολογίσει.  

"Χαρακτηριστικά, ένα κύμα θα θερμάνει την πολική περιοχή κατά 5^ο έως 10^ο C," συνεχίζει ο Newman. "Από την άλλη μια θερμή πολική στρατόσφαιρα βρίσκεται στη περιοχή της θερμοκρασίας -73 ^ο έως -63 ^ο C. Φυσικά, μόλις διαλυθεί το κύμα, η πολική περιοχή αρχίζει να ψύχεται πάλι."

Επικίνδυνη ομορφιά! Τα πολικά στρατοσφαιρικά σύννεφα (PSCs) είναι κάτι κοινό στην Ανταρκτική, αλλά μια σπάνια θέα στην Αρκτική. Διαμορφώνονται όταν οι θερμοκρασίες στη στρατόσφαιρα γίνονται εξαιρετικά κρύες -- κάτω από -78°C.
Τα PSCs δημιουργούν μπελάδες για το όζον. Τα μικροσκοπικά κρύσταλλα πάγου και τα σταγονίδια μέσα τα σύννεφα παρέχουν τις επιφάνειες όπου οι χλωροφθοράνθρακες (CFCs) μετατρέπονται στους  καταστροφείς  των μορίων του όζοντος.

Πράγματι, τα πλανητικά κύματα στο βόρειο ημισφαίριο, όχι όμως πάντα, θερμαίνουν την στρατόσφαιρα αρκετά ώστε να αποτρέψουν την ουσιαστική καταστροφή του όζοντος. Το 1997, παραδείγματος χάριν, τα κύματα ήταν ασθενή λόγω του ιδιότροπου καιρού. Αυτός ο καιρός προκάλεσε μια σπάνια ανοιξιάτικη τρύπα του όζοντος, πάνω από την Αρκτική.

Η αλλαγή του κλίματος αποδυναμώνει τα ατμοσφαιρικά κύματα

Οι επιστήμονες ανησυχούν για το ότι η αλλαγή του κλίματος, θα μπορούσε να το κάνει αυτό πιο συχνά. "Εάν τα μοντέλα της αρκτικής στρατοσφαιρικής ψύξης μας είναι σωστά, θα μπορούσαμε να αναμέναμε χαμηλότερες τιμές του όζοντος πάνω από την Αρκτική, κατά τη διάρκεια αυτού του αιώνα," λέει ο Newman.

Αυτό συμβαίνει με τέτοιο τρόπο, έτσι ώστε η στρατοσφαιρική ψύξη να θεωρείται μια παράξενη συνέπεια της παγκόσμιας αύξησης της θερμοκρασίας, λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου!

Ενώ η τρύπα του όζοντος και οι αλλαγές στο κλίμα του πλανήτη είναι ξεχωριστά φαινόμενα, αυτά φαίνονται όμως να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Για παράδειγμα, τα αέρια του θερμοκηπίου, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, θερμαίνουν τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας αλλά έχουν το ακριβώς αντίθετο αποτέλεσμα στη στρατόσφαιρα: την κρυώνουν.

Τα αέρια του θερμοκηπίου, παγιδεύοντας την θερμότητα που ακτινοβολείται από τη γήινη επιφάνεια στο χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας, μειώνουν έτσι την θερμότητα που φθάνει στη στρατόσφαιρα.

Στην πραγματικότητα, τα αέρια του θερμοκηπίου βοηθούν στην ψύξη της στρατόσφαιρας, αφού την μονώνουν από την θερμότερη Γη που είναι από κάτω.

Οσο χαμηλότερες είναι οι θερμοκρασίες στη στρατόσφαιρα, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μείωση του όζοντος. Γι' αυτό και η μεγαλύτερη τρύπα του όζοντος εμφανίζεται στο πιο κρύο μέρος του πλανήτη, την ανταρκτική.

Οι αλλαγές του κλίματος που συνδέονται με την παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου, επίσης αποδυναμώνουν τα πλανητικά κύματα -- έτσι μας λένε τουλάχιστον μερικά μοντέλα υπολογιστών.

Η ψύξη της στρατόσφαιρας λόγω αυτής της έμμεσης επίδρασης θα μπορούσε να είναι σημαντικότερη από την ψύξη που προκαλείται κατευθείαν από τα αέρια του θερμοκηπίου. Εντούτοις, προειδοποιεί ο Newman, ότι αυτό το αποτέλεσμα είναι ακόμα πολύ αβέβαιο λόγω των αμφιβολιών για την αξιοπιστία των μοντέλων που τρέχουν στους υπολογιστές.

Μια άλλη άσχημη παράμετρος είναι η μεταβαλλόμενη συγκέντρωση των ρύπων που καταστρέφουν το όζον. Ο αριθμός των μορίων CFC στη χαμηλότερη ατμόσφαιρα, παραδείγματος χάριν, οξύνθηκε το 1994 και από τότε έχει μειωθεί.

Οι προσομοιώσεις των υπολογιστών δείχνουν ότι οι ποσότητες των CFCs στη υψηλή στρατόσφαιρα θα μπορούσαν να επιστρέψουν στα επίπεδα της, προ του1980 εποχής, σε 30 έως 50 έτη.

Επειδή η αλλαγή του κλίματος εμφανίζεται σε παρόμοια χρονικά διαστήματα, είναι δύσκολο να ειπωθεί ποια τάση θα κυριαρχήσει: η ψύξη της στρατόσφαιρας, που έτσι θα ενθάρρυνε μια αρκτική τρύπα του όζοντος, ή η πτώση των CFCs, οι οποίες θα την κατέστελλαν.

Η άνοιξη είναι η εποχή που μπορεί το ηλιακό φως να βοηθήσει στην έναρξη μιας σειράς χημικών αντιδράσεων της καταστροφής του όζοντος στην στρατόσφαιρα .

Αλλά οι δύο γήινοι πόλοι αντιδρούν διαφορετικά στον ερχομό της άνοιξης. Η άνοιξη στην Ανταρκτική είναι η εποχή που ξεκινάει μια μεγάλη τρύπα όζοντος, ενώ η άνοιξη στη Αρκτική (έξι μήνες αργότερα) συχνά φέρνει συγκεντρώσεις του όζοντος λίγο πάνω από το μέσον όρον.

Η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου θα μπορούσε όμως να αλλάξει αυτό το γνωστό μοντέλο, μέσω της κατάψυξης της βόρειας στρατόσφαιρας και την δημιουργία με αυτόν τον τρόπο, μιας τρύπας του όζοντος εκεί.

Ίσως μόνο ο χρόνος να μας πει εάν οι μακρινές βόρειες πόλεις, θα συνεχίσουν να απολαμβάνουν την καλή τύχη τους καθ' όλη τη διάρκεια του ετήσιου κύκλου του πολικού όζοντος.

Αλλά πολλοί ερευνητές δεν ικανοποιούνται με το να περιμένουν δεκαετίες για μια απάντηση. Με την ενίσχυση των δορυφόρων που παρατηρούν τη Γη και την συνεχή βελτίωση των κλιματικών μοντέλων των υπολογιστών, οι επιστήμονες ελπίζουν να διευκρινίσουν τον γρίφο του αρκτικού όζοντος προτού να γίνει ένα πρόβλημα.

Το όζον

Το όζον (Ο₃) είναι ένα ιδιαίτερα ασταθές αέριο. Στην ατμόσφαιρα υπάρχει σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις κοντά στην επιφάνεια της Γης. Για την ακρίβεια, σε ύψη μέχρι και 10 km περίπου βρίσκεται το 10% της συνολικής περιεκτικότητας της ατμόσφαιρας σε όζον. Ομως, στην κατώτερη στρατόσφαιρα αυξάνεται σημαντικά η συγκέντρωσή του. Το λεγόμενο ''στρώμα του όζοντος'' βρίσκεται σε ένα υψομετρικό εύρος των 20 με 30 km.

Οι χημικές αντιδράσεις μέσω των οποίων περιγράφεται η παραγωγή του όζοντος είναι οι εξείς: Ο₂ + UVC_{ακτινοβολία} --> 2Ο. Έτσι το οξυγόνο διασπάται από την  UVC ακτινοβολία η οποία είναι και η πιο επικίνδυνη για τη ζωή σε ατομικό οξυγόνο. Ακολουθεί η παρακάτω αντίδραση: Ο + Ο₂ --> Ο₃ , και έτσι έχουμε την παραγωγή όζοντος.

Οι χλωροφθοράνθρακες είναι χημικές ενώσεις που διασπούν το όζον -το οποίο αποτελείται από τρία άτομα οξυγόνου- και χρησιμοποιούνταν κατά κόρον στη βιομηχανία, ως ψυκτικά αέρια και ως προωθητικά μέσα σε σπρέι. Το 1987, οι περισσότερες βιομηχανοποιημένες χώρες υιοθέτησαν το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ και απαγόρευσαν τη χρήση τους.

Παρ' όλο που οι χλωροφθοράνθρακες παραμένουν στην ατμόσφαιρα επί δεκαετίες, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι θα απαιτηθούν περίπου 50 χρόνια πριν τα επίπεδα του όζοντος επανέλθουν στις φυσιολογικές τιμές.

Οι χλωροφθοράνθρακες είναι χημικές ενώσεις εξαιρετικά σταθερές και ως εκ τούτου αδρανείς. Εθεωρούντο από τα πλέον αβλαβή χημικά προϊόντα εξαιτίας της χημικής τους αδράνειας. Αλλά αυτή η αδράνεια τις κάνει και εξαιρετικά μακρόβιες.

Παραμένουν στο περιβάλλον αναλλοίωτες για πάρα πολλά χρόνια και έτσι σιγά-σιγά μπορούν και επιζούν μέχρι να φτάσουν στην στρατόσφαιρα. Εκεί όμως παύουν να είναι σταθερές και παίρνουν μέρος ως καταλύτες στην καταστροφή του όζοντος.