Ozone depletion

Antarctic ozone hole

Het ernstigste geval van ozon depletion werd in 1985 voor het eerst gedocumenteerd in een artikel van de wetenschappers Joseph C. Farman, Brian G. Gardiner en Jonathan D. Shanklin van het British Antarctic Survey (BAS). Vanaf het einde van de jaren zeventig is boven Antarctica in de lente (september tot november) een grote en snelle afname van de totale ozonconcentratie waargenomen, vaak met meer dan 60% ten opzichte van het wereldgemiddelde. Farman en zijn collega’s hebben dit verschijnsel voor het eerst gedocumenteerd boven hun BAS-station in Halley Bay, Antarctica. Hun analyses trokken de aandacht van de wetenschappelijke gemeenschap, die vaststelde dat deze dalingen van de totale ozonkolom meer dan 50% bedroegen in vergelijking met historische waarden die zowel met grond- als satelliettechnieken waren waargenomen.

Als gevolg van het Farman-artikel zijn er een aantal hypotheses ontstaan die het Antarctische “ozongat” probeerden te verklaren. Aanvankelijk werd voorgesteld de afname van de ozonlaag te verklaren door de chloorkatalytische cyclus, waarbij afzonderlijke chlooratomen en hun verbindingen afzonderlijke zuurstofatomen van ozonmoleculen onttrekken. Aangezien er meer ozonverlies optrad dan kon worden verklaard door de aanvoer van reactief chloor dat in de poolstreken beschikbaar was via op dat moment bekende processen, rezen er andere hypotheses. Een speciale meetcampagne van de National Aeronautics and Space Administration (NASA) en de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in 1987, alsmede latere metingen, toonden aan dat de chloor- en broomchemie inderdaad verantwoordelijk waren voor het gat in de ozonlaag, maar om een andere reden: het gat bleek het resultaat te zijn van chemische reacties die zich voordoen op deeltjes waaruit polaire stratosferische wolken (PSC’s) in de lagere stratosfeer zijn opgebouwd.

Tijdens de winter wordt de lucht boven Antarctica extreem koud als gevolg van het gebrek aan zonlicht en een verminderde menging van lucht in de onderste stratosfeer boven Antarctica met lucht buiten de regio. Deze verminderde menging wordt veroorzaakt door de circumpolaire vortex, ook wel de polaire wintervortex genoemd. Begrensd door een stratosferische windstraal die circuleert tussen ongeveer 50° en 65° ZB, is de lucht boven Antarctica en de aangrenzende zeeën effectief geïsoleerd van lucht buiten de regio. De extreem koude temperaturen binnen de vortex leiden tot de vorming van PSC’s, die voorkomen op hoogtes van ruwweg 12 tot 22 km (ongeveer 7 tot 14 mijl). Chemische reacties die plaatsvinden op PSC-deeltjes zetten minder-reactieve chloorbevattende moleculen om in meer-reactieve vormen zoals moleculair chloor (Cl2) die zich ophopen tijdens de poolnacht. (Broomverbindingen en stikstofoxiden kunnen ook reageren met deze wolkdeeltjes). Wanneer het in het vroege voorjaar weer dag wordt op Antarctica, breekt het zonlicht het moleculaire chloor af tot afzonderlijke chlooratomen die kunnen reageren met ozon en dit vernietigen. De vernietiging van de ozonlaag gaat door tot het uiteenvallen van de polaire draaikolk, wat gewoonlijk in november gebeurt.

Ook op het noordelijk halfrond ontstaat een polaire winterdraaikolk. Over het algemeen is deze echter niet zo sterk en koud als die welke zich op Antarctica vormt. Hoewel zich in het noordpoolgebied polaire stratosferische wolken kunnen vormen, duren deze zelden lang genoeg om de ozonconcentraties sterk te doen dalen. Er zijn metingen gedaan van een afname van de ozonconcentratie in het noordpoolgebied tot 40%. Deze verdunning doet zich meestal voor in jaren waarin de temperaturen in de onderste stratosfeer in de Arctische draaikolk voldoende laag zijn geweest om tot ozonvernietigende processen te leiden die vergelijkbaar zijn met die welke in het gat in de ozonlaag op Antarctica worden aangetroffen. Evenals in het geval van Antarctica zijn in Arctische gebieden waar een hoge mate van ozonvernietiging optreedt, grote toenames van concentraties reactief chloor gemeten.