Ačkoliv se v předešlé sezóně nad Antarktidou vyskytovala relativně menší ozónová díra, letos je tomu naopak. Mimořádně silný a studený polární vír nahrává procesům, při kterých detekujeme úbytek stratosférického ozónu. Mohutná a rozsáhlá ozónová díra se tak letos vyskytuje až do listopadu (obr. 2 a 8).
Ozonová vrstva je část zemské stratosféry, která absorbuje většinu pro život nebezpečného ultrafialového záření pocházejícího ze Slunce (obr. 1). Oproti jiným částem atmosféry obsahuje zvýšenou koncentraci ozonu (O3). Ozonová vrstva se nachází ve spodních a středních částech stratosféry, přibližně od 15 do 35 kilometrů nad Zemí. Její tloušťka se sezónně a geograficky liší. Vlastnosti ozonu a ozonové vrstvy podrobně prozkoumal britský meteorolog G. M. B. Dobson, který také vyvinul jednoduchý spektrofotometr sloužící k měření stratosférického ozonu. Podle něj je také pojmenována Dobsonova jednotka (DU) podle níž určujeme množství stratosférického ozonu. DU určuje celkové množství O3 ve vertikálním sloupci o podstavě 1 cm2, kdy 100 DU odpovídá za normálního tlaku a teploty vzduchu 298 K vrstvě O3 o tloušťce 1 mm. Ozonová vrstva absorbuje 97 až 99 procent slunečního středofrekvenčního ultrafialového záření UVB a UVC (vlnové délky 200 nm do 315 nm)
Ozonová vrstva může být ničena volnými radikály, které slouží jako katalyzátory chemických reakcí. Řadíme mezi ně oxid dusnatý (NO), oxid dusný (N2O), hydroxyl (OH), atomární chlor (Cl) a atomární brom (Br). Ačkoliv existují přírodní zdroje pro všechny jmenované radikály, koncentrace chloru a bromu v posledních desetiletích výrazně vzrostla kvůli uvolňování velkého množství umělých organohalogenových sloučenin, zejména chlorfluoruhlovodíků (CFC) a bromfluoruhlovodíků. Tyto stabilní sloučeniny stoupají do stratosféry, kde jsou radikály Cl a Br uvolněny působením ultrafialového záření. Každý radikál následně iniciuje a katalyzuje fotochemickou reakci schopnou rozložit více než 100 000 molekul ozonu. Během polární noci se sloučeniny hromadí na polárních stratosférických oblacích.
Proč každoročně dochází ke vzniku ozónové díry? K depleci ozonu a vzniku ozónové díry jsou zapotřebí dvě hlavní podmínky, a to nízké teploty ve stratosféře a sluneční světlo. Studená teplota během polární noci umožňuje vytváření polárních stratosférických oblaků. Jakmile v období srpen-září (konec zimy na jižní polokouli) dosáhne UV záření ze Slunce antarktického polárního kruhu, spouští fotochemickou reakci při které dochází k uvolňování radikálů a tím disociuje ozon. Proces ukazuje schéma na obrázku 3.
Prahová hodnota pro vznik polárních stratosférických oblaků je pod -78 ° C. Obrázek 4 (NASA) ukazuje minimální teploty v oblasti 50° – 90° jižní šířky na úrovni 50 hPa (cca 19 km). Z obrázku 4 vyplývá, že aktuální minimální teplota je vhodná pro vznik polárních stratosférických oblaků (PSC). Také můžeme vidět, že minimální teploty jsou aktuálně na rekordně nízkých úrovních až o 20 – 30 °C nižší než dlouhodobý průměr na úrovni 50 hPa. Proces deplece ozonu tak může i nadále pokračovat.
Výše byla řeč o polárním víru, o co tedy jde. Polární vír je klíčová komponenta ve stratosféře. Jedná se o velkou oblast cyklonální cirkulace ve stratosféře. Letos je polární vír nad Antarktidou velice silný, což odpovídá chladnějším teplotám ve stratosféře. Lze pak tvrdit, že silný polární vír obvykle znamená intenzivnější proces deplece ozonu a větší ozónovou díru. Nadprůměrné rychlosti zonálního proudění v 60° jižní šířky ve výšce 50 hPa ukazuje obrázek 5.
Co je to ozonová díra? Výše jsme diskutovali o tom, jak vzniká a proč dochází k depleci ozonu. Analýza na obr. 6 ukazuje hodnoty ozonu v atmosféře na jižní polokouli. Lze pozorovat obrovský deficit ozonu nad Antarktidou. K určení velikosti ozonové díry se obvykle používají hodnoty pod 220 DU.
Obrázky 7 a 8 ukazují úbytek ozonu 10. 11. 2020 a 10. 11. 2019. Lze pozorovat zcela odlišné situace. Během loňského roku došlo k dřívějšímu rozpadu polárního víru, tím pádem teploty ve stratosféře nad Antarktidou byly vyšší než dnes. Jak jsme již zmiňovali, vyšší teploty nenasvědčují tvorbě polární stratosférických oblaků, na kterých dochází ke katalytickým reakcím a depleci ozonu. Loňská ozónová díra byla pak nejmenší za posledních 30 let.
Následující graf (obr. 9) od Copernicus-ECMWF ukazuje velikost ozonové díry na jižní polokouli. Letos je ozónová díra velmi rozsáhlá a perzistentní až do listopadu, kdy by se již měla zmenšovat. Současná plocha ozonové díry je bezmála dvakrát větší než je rozloha samotné Antarktidy. Fialová křivka ukazuje hodnoty za rok 2019. Zde lze pozorovat, jak malá byla ozonová díra ve srovnání s tou letošní.
Ozonová díra je obvykle největší během září až října. Důvodem je vhodná kombinace vysokého UV záření a nízkých teplot. Ke konci roku se jižní polární stratosféra pomalu ohřívá. Přestože je v letním období na jižní polokouli vysoké UV záření, nedochází k depleci ozonu, neboť za vysokých teplot chybí polární stratosférická oblaka.
