Ilmaston AGW: Syyllinen onkin otsonikato

Otsonikerros

Alla olevassa kuvassa_1 on ilmakehän eri kerroksia 90 km korkeuteen asti. Otsonikerros alkaa n. mesosfääristä ja jatkuu alaspäin aina tropopaussiin. Sen alapuolella olevaa, ja varsinkin lähellä maanpintaa olevaa otsonia, kutsutaan haitalliseksi otsoniksi. Koska otsonia syntyy ja tuhoutuu jatkuvasti, se ei ole tasaisesti jakautuneena ilmakehään. Vaikka otsonikonsentraatio on matala, on ilmakehässä kuitenkin otsonia 3*10^9 tonnia. Otsonia tuhoutuu ja syntyy n. 3,6*10^6 tonnia vuorokaudessa. Otsoni syntyy siellä, missä aurinko paistaa eli suurelta osin päiväntasaajan alueella.

Kuva_1 alla.

 

 

Lämpimämpi otsonikerros estää maanpinnalta lähtevän konvektion jatkumisen kohti avaruutta. Alhaalta tuleva, kylmempi ilmamassa menettää nosteensa törmätessään kuumempaan ilmamassaan (inversio). Muodostuu tropopaussi.
Ilmakehän konvektiovirtaukset tasaavat tehokkaasti lämpötilaeroja pystysuunnassa siirtämällä kuumaa ilmaa ylöspäin. Alla olevassa kuvassa_2 ukkosen aiheuttama konvektiovirtaus pysähtyy tropopaussiin.
Kuva_2 alla.

Hapen ja Otsonin reaktiot yläilmakehässä

Auringon säteilyn UV-alue sisältää kolmea aallonpituutta, joista UV-c se korkeataajuisin ja siten energiapitoisin.
Kuva_3 alla.

Alla Chapman reaktiot, joissa muodostuu ja tuhoutuu otsonia.

O2 + hv(λ<242.4 nm) → O(3P) + O(3P) (1)
O(3P) + O2 + M → O3 + M (2)
O3 + hv(λ<310 nm) → O2 + O(1D)
O(1D) + M → O(3P) + M
(3)
O(3P) + O3 → O2 + O2 (4)
O(3P) + O(3P) + M → O2 + M (5)

Selityksiä Chapmanin rektioille.

  1. UV-c säteily hajottaa happimolekyylin kahdeksi happiradikaaliksi.
    1. Tämä reaktio lämmittää ilmakehää, koska happiradikaalit saavat valtavan nopeuden, joka törmäilyjen kautta muuttuu lämmöksi.
    2. Happea on ylin kyllin absorboimaan kaiken UV-c säteilyn.
  2. Happiradikaali muodostaa happimolekyylin kanssa otsonimolekyylin esim. typen läsnä ollessa (M).
  3. UV-b säteily hajottaa otsonia.
    1. Otsonia ei ole välttämättä riittävästi tuhoamaan kaikkea UV-b säteilyä.
      1. UV-b säteily muodostaa iholla D3- vitamiinin esiasteen, joten UV-b säteilyä on ollut aina maanpannalla asti.
    2. Reaktio on voimakkaasti eksoterminen, mikä lämmittää ilmakehää välillä 14 – 32 km.
  4. Otsonia hajoaa myös reaktiivisen happiradikaalin toimesta.
    1. Otsoni hajoaa myös klooriatomin vaikutuksesta (otsonikato).
      • Montrealin sopimus kloorattujen hiilivetyjen kiellosta pyrkii estämään kloorin lisääntymisen yläilmakehässä.
  5. Happiradikaalit voivat muodostaa uudestaan happimolekyylin välittäjäaineen (M) läsnäolleessa.

Troposfääriin päätynyt otsonia hajoaa edelleen kaavan (3) mukaisesti lämmittäen ilmakehää.

Otsonin tuhoutumismekanismeja ja niiden vaikutukset lämpötilaan

Kuva_4 alla.

Selityksiä kuva_4, vasemmalta oikealle:

  • Normaalitilanne: otsonikerros on kunnossa ja ainoastaan UV-a pääsee lämmittämään maapalloa, lähinnä valtameriä.
  • AGW: fluorocarbon yhdisteet (freonit) hajoavat yläilmakehässä UV-säteilyn ansiosta stratosfäärin helmiäispilvissä, kloori (Cl) tuhoaa otsonikerrosta.
    • Otsonikerros viilenee
    • UV-b säteilyn määrä lisääntyy ja valtameret lämpenevät.
    • viipymäajan jälkeen myös ilmakehää lämpenee.
  • Tulivuoren laavapurkaus: kloori ja bromi tuhoavat otsonikerrosta.
    • Otsonikerros viilenee.
    • UV-b säteilyn määrä lisääntyy ja valtameret lämpenevät.
    • Viipymäajan jälkeen myös ilmakehä lämpenee.
    • Eyjafjallajökull 22.3.2010.
  • Tulivuoren räjähtäväpurkaus:  laavapurkaus + vesihöyryä ja SO2 kaasua nousee stratosfääriin asti.
    • Muodostuu rikkihappoaerosoleja stratosfääriin, jotka heijastavat auringon valoa takaisin avaruuteen.
      • Kauniit, punertavat auringon laskut.
    • Tuloksena on ilmaston kylmeneminen n. 3 vuodeksi, minkä jälkeen lämpeneminen jatkuu.
    • Pinatubo 12.6.1991 pudotti lämpötilaa n. 0,6 C.

Aika ennen tulivuoren purkausta

Satelliitit ovat mahdollistaneet myös ilmakehän otsonikerroksen seurannan. Eräs havainto on, että ennen purkausta tulivuori päästää kuukausien ajan kaasuja, myös otsonia. Tämän otsonin syntymekanismille on esitetty lukuisa vaihtoehtoja, mutta ”science is not settled” .
Kuvassa_5 satelliittikuva, joka on otettu 19.1.2010. Pari kuukautta ennen Eyjafjallajökull-purkausta otsonin määrä lisääntyi alueellisesti jopa 70 %. Seurauksena oli lämmittävän UV-b säteilyn lasku. Ja sen seuraus:
Talvi 2009–2010 oli harvinaisen kylmä Suomea koetellut talvi. Sen aikana koko maata koetteli harvinaisen pitkä pakkasjakso, jonka myötä koko talvi oli kylmin talvi talven 1986–1987 jälkeen.[1] Joulukuussa 2009 alkanut pakkasjakso oli Suomessa Lappia lukuun ottamatta kolmen pisimmän mitatun joukossa ja paikoin, esimerkiksi Lappeenrannassa koko mittaushistorian pisin”.
Kuva_5 alla.

Aika tulivuoripurkauksen jälkeen

Kuvassa_6 on Polar Portal’n (DMI) julkaisema grafiikka Grönlannin jääpeitteen vuosittaisesta kehityksestä. Vuoden 2011-12 käyrä roikkuu edelleen mukana. Olihan jääpeite silloin toki alhaisella tasolla. Ehkä halutaan viestittää jotakin?
Kuva_6 alla,

Kuvassa_7 on esitetty Toronton otsonipitoisuudet talvikuukausina (Joulukuu-Huhtikuu) ja vastaavan ajankohdan minimilämpötila. 2012 oli matalat otsonipitoisuudet ja talvi oli lämmin. Otsonikadon aiheuttivat Eyjafjallajökull ja Grimsvötn tulivuorenpurkaukset Islannissa. Eli korkea UV-b säteily on sulattanut jääpeitettä Grönlannissa.  Aikaisemmin suurempia sulamisia on tapahtunut 1889 ja joskus 1200 (+/-).
Kuva_7 alla

Montrealin Pöytäkirjan vaikutukset ilmastoon

Montrealin sopimus tuli voimaan 1987. Sen jälkeen ilmakehän klooripitoisuus  lähti hitaaseen laskuun (kuva_8, käänteinen asteikko). Samanaikaisesti otsonikerros on lähtenyt hitaasti toipumaan. Otsonikato näkyy alemman stratosfäärin lämpötilan laskuna ja samanaikaisena valtamerien lämpösisällön kasvuna. UV-b:n energia tulee käyttöön väärässä paikassa (verrattuna normitilanteeseen). Stratosfäärin lämpötilapiikki esim. Pinatubon aikana johtuu H2SO4-aerosolin muodostumisesta, eksoterminen reaktio.

Kuva_8 alla.

Stratopaussin lämpö

Alla olevassa kuvassa_9 on esitetty ilmakehän osat ja lämpötilan muutokset. Termosfäärissä auringon säteilyn lyhyt aaltoisin säteily muuttuu lämmöksi. Mesosfäärissä ja stratosfäärissä UV-säteily muuttuu kineettiseksi energiaksi. Myös happi-otsoni-happi reaktiot luovuttavat eksotermista lämpöä ilmakehään. Halogeenien aiheuttama otsonikato vähentää eksotermisen lämmön muodostumista stratosfäärissä viilentäen sitä.
Stratopaussin lämpötila on n. -2,5 C, joten sen säteilemä lämpö on vastaavasti 303 W/m2. Tämä säteily pystyy lämmittämään viileämpää stratosfääriä ja troposfäärin yläosaa.  Tämä säteily yhdessä maapinnalta tulevan säteilyn kanssa muodostavat tropopaussin, mihin maan pinnalta nousevan ilman konvektio pysähtyy.

Kuva_9 alla

Lasse Hernesniemi

Entinen CO2-uskovainen, joka asioita selvitettyään muuttui epäileväiseksi.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu