Ozon to naturalny gaz śladowy w ziemskiej atmosferze. W niższych warstwach atmosfery ozon pomaga zatrzymać ciepło, aby utrzymać temperaturę ziemi. W wyższych warstwach atmosfery odgrywa jeszcze ważniejszą rolę, filtrując szkodliwe promienie ultrafioletowe (UV) ze słońca. Nadmierna ekspozycja na promienie UV niszczy komórki skóry, powoduje raka i zaćmę oraz może prowadzić do zwyrodnienia plamki żółtej. Bez ochronnej warstwy ozonowej nie byłoby życia na ziemi, jakie znamy. Z tego powodu naukowcy i ekolodzy na całym świecie byli bardzo zaniepokojeni odkryciem dużej dziury ozonowej nad Antarktydą.
Wytworzone przez człowieka związki chlorofluorowęglowodoru (CFC), chloru i bromu przypisuje się tworzeniu dziury ozonowej. CFC, stosowane w produktach aerozolowych, klimatyzatorach i agregatach chłodniczych, zostały zakazane w 108 krajach w latach 1980.; jednak nadal są uwalniane do atmosfery ze starszych produktów, które są nadal w użyciu. Ponadto eksperci szacują, że około połowa bromu w atmosferze, wraz z prawie całym chlorem, pochodzi z użytku ludzkiego.
CFC przedostają się do atmosfery i pod wpływem innych związków, ekstremalnego zimna i światła słonecznego przekształcają się w atomy chloru. Atomy chloru zamieniają cząsteczki ozonu w tlen. Problem polega na tym, że tlen, chociaż dobrze oddycha w niższych warstwach atmosfery, nie filtruje promieni UV. CFC skutecznie „otwierają okno” w naszej atmosferze ochronnej. To okno w warstwie ozonowej buduje Antarktydę.
Ten odległy region może wydawać się dziwnym miejscem na dziurę ozonową. Antarktyda jest niezamieszkana przez stałe istoty ludzkie i pozostaje dziewicza. Dlaczego nie ma dziury nad gęsto zaludnionymi obszarami, o których wiadomo, że freony i inne emisje gazów cieplarnianych są wysokie? Okazuje się, że odpowiedź ma związek z ruchem obrotowym Ziemi i innymi czynnikami klimatycznymi.
Po pierwsze, wirujący ruch Ziemi zapewnia, że wszystkie gazy i emisje uwalniane do powietrza, zarówno naturalne, jak i wytworzone przez człowieka, rozchodzą się mniej więcej równomiernie w troposferze lub w niższej atmosferze przez okres około roku. Według Agencji Ochrony Środowiska (EPA) rozprzestrzenienie się tych gazów w stratosferze lub górnych warstwach atmosfery zajmuje od dwóch do pięciu lat. Od tego momentu klimat wchodzi w grę w zmieniającej się chemii CFC i ich roli w tworzeniu dziury ozonowej.
Zimą nachylona oś Ziemi zapobiega oświetlaniu bieguna południowego światłem słonecznym. To powoduje, że temperatury w atmosferze nad Antarktydą spadają do -108° Fahrenheita (-78° Celsjusza). Chłodne powietrze schodzące z bieguna południowego tworzy „zimowy wir” krążących wiatrów na średnich szerokościach geograficznych nad Antarktydą, działając jak ogromny wir. To skutecznie odcina ozon nad Antarktydą przed mieszaniem się z większą pulą atmosferyczną planety.
W miarę jak temperatury spadają w bezsłoneczną zimę, nad Antarktydą zaczynają tworzyć się polarne chmury stratosferyczne (PSC) lub chmury kryształków lodu kwasu azotowego. Związki CFC gromadzą się na tych kryształkach lodu, łącząc się ze związkami kwasu azotowego, które przekształcają CFC w bardziej aktywne formy chloru. Te związki budują przez długi sezon zimowy.
Kiedy nadchodzi wiosna i promienie słoneczne uderzają w chmury, promieniowanie UV rozszczepia jądro macierzyste cząsteczek chloru na wysoce aktywne atomy chloru. Każdy pojedynczy atom chloru może zniszczyć ogromną ilość cząsteczek ozonu, przekształcając je w tlen. Rezultatem jest niekontrolowany proces, który pochłania gazy ochronne, tworząc ogromną dziurę ozonową.
Każdego roku naukowcy monitorują dziurę, która sezonowo się rozszerza i kurczy. W 2005 roku dziura ozonowa miała zdumiewające 10 milionów mil kwadratowych (25,899,881 2003 11 kmXNUMX), czyli mniej więcej trzy razy więcej niż Stany Zjednoczone. Dopiero rok XNUMX pobił ten wątpliwy rekord z dziurą o długości XNUMX milionów mil.
W miarę jak zmieniają się pory roku, a wir ustępuje, górny obszar przestaje być odizolowany, temperatura wzrasta, a otwór w warstwie ozonowej kurczy się. Jednak naukowcy uważają teraz, że dziura może nie naprawić się w pełni do roku 2065. Oczekuje się, że mniej uszkodzony ozon nad biegunem północnym zagoi się do około 2040 roku.
Chociaż może to być zachęcające, że mamy predykcyjną skalę odzyskiwania dziury ozonowej, istnieje inny problem. Ubytek ozonu następuje w tempie kilku procent rocznie, najbardziej zauważalnie na średnich szerokościach geograficznych planety. Podczas gdy naukowcy mają trudności ze zrozumieniem tego zjawiska, ludzie są bardziej narażeni na zachorowania na raka z powodu większej ekspozycji na promieniowanie UV, zarówno przez cieńszy ochronny koc atmosferyczny, jak i przez dziurę ozonową. Te złożone warunki są również ściśle związane z globalnym ociepleniem.