KLIMA: Zeslabení ozónové vrstvy po sopečných erupcích

Vítězslav Kremlík

Když je řeč o zeslabení ozónové vrstvy, pořád se mluví o freonech. Ale přírodní vlivy jako sopky, vodní pára a teploty jsou tu také.

Pinatubo chrlí popel a plyny. Kredit D. Harlow

V článku Kdo může za ozónovou díru? jsme si ukázali, že freony toho bez vlivu teplot samy mnoho nezmohou. Proto se ozónová díra objevuje na konci zimy.

Dnes se podíváme, jak k úbytku ozón přispívá sopečná aktivita. Látky, které ničí ozónovou vrstvu, totiž nepocházejí jen z lidmi vyráběných freonů. Odedávna se dostávají do atmosféry díky sopečným erupcím.

Tým Steffena Kutterolfa z GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research v Kielu studoval 14 sopečných erupcí v Nikaragui za posledních 70 tisíc let. Podle dosavadních názorů až 25 procent halogenů ze sopečného výbuchu doletí až do stratosféry. Krügerův tým ale počítal konzervativněji, jen s 10 procenty. Analýza 14 sopečných erupcí z Nikaraguy ukázala, že koncentrace bromu a chlóru ve stratosféře vystoupala na dvoj- či trojnásobek hladin roku 2011. Erupce Upper Apoyo před 24 500 lety například do stratosféry vyvrhla 120 megatun chlóru a 600 kilotun bromu

– Volcanic gases could deplete ozone layer (ScienceDaily.com 12.6.2012)http://www.sciencedaily.com/releases/2012/06/120612115920.htm

– Kuterolf S. a kol. „The Combined Bromine and Chlorine Release From Large Explosive Volcanic Eruptions: a Threat to Stratospheric Ozone (Geology, duben 2013)http://geology.gsapubs.org/content/early/2013/04/29/G34044.1

El Chichon

V roce 1985 rozpoutal světovou paniku Farman, který nad Antarktidou nalezl „ozónovou díru“. Objevily se spekulace, že viníkem jsou freony ze sprejů a chladniček. Na důkazy politici nečekali a v bleskovém čase byl podepsán Montrealský protokol (1987), který freony zakázal. Na základě principu předběžné opatrnosti.

Je tu ale jedna záhada. Freony se přece používaly už od 30. let. V 60-70. letech navzdory rostoucím emisím freonů světová ozónová vrstva sílila. Proč by měla ozónová díra vzniknout z ničeho nic až v 80. letech? A jak je možné, že díru objevil teprve Farman?

Ozónovou díru vytvořila teprve souhra dvou jevů na začátku 80. let. Za prvé se systém oceánské cirkulace AMO přepnul do „teplého“ režimu. Začalo tzv. „globální oteplování“. Ve stratosféře se to projevilo naopak ochlazováním, což ozónu – zejména v polárních oblastech – nesvědčí. Do toho navíc v roce 1982 přišel výbuch mexické sopky El Chichón.

Jak sopky ovlivňují ozónovou vrstvu

Ještě před pár lety se tvrdilo, že chlór ze sopečných erupcí vůbec nedoletí do stratosféry. Cestou je prý eliminován vodními párami apod. Avšak měření při erupci sopky Hekla v roce 2000 ukázalo, že vliv sopek byl podceněn.

„Dosud se předpokládalo, že sopečné emise jsou jen triviálním zdrojem ozón ničících halogenů ve stratosféře, protože jsou eliminovány už v troposféře /Tabazadeh a Turco 1993/… Avšak měření sopečného prachu z Hekly na Islandu ukázalo, že do stratosféry se dostaly obrovské objemy sopečných halogenů /Rose a kol. 2006/…. Asi 75 procentsopečných HCl se dostalo až do stratosféry…“ (Millard 2006)

Dnes už je známo, že přímo nad vybuchujícími sopkami vznikají miniaturní „ozónové díry“. Vinou chemikálií, které sopky do stratosféry vyvrhují. Nejde jen o chlor, ale i o síru, která funguje jako katalyzátor a reaktivitu chlóru umocňuje. Ať už jde o chlór přírodní či antropogenní.

Jiné pokusy ukázaly, že do stratosféry dorazí více jak 25 % HCl a 80 % síry (Textor 2003) 
– Brahic, Catherin. Volcano pierces a small hole in ozone layer (Newscientist 10.11. 2006)http://www.newscientist.com/article/dn10503-volcano-pierces-small-hole-in-ozone-layer.html#.UqtipfTuK_g

– Millard G.A. et al. Halogen emissions from a small volcanic eruption: Modeling the peakconcentrations, dispersion, and volcanically induced ozone loss in the stratosphere (Geophysical Research Letters říjen 2006)http://www.geo.mtu.edu/~raman/papers/Millard06GRL.pdf

Vliv sopek na ozónovu vrstvu byl pozorován už počátkem 90. let po erupci Mt. Pinatubo.

Solomonová 1991: „Úbytek ozónu v Antarktidě probíhá kvůli chlóru, který je aktivován na povrchu stratosférických mraků. Podobné reakce probíhají i na povrchu tekutých aerosolů kyseliny sírové, když jsou teploty pro vznik polárních stratosférických mraků příliš vysoké. Tyto procesy byly zesíleny po výbuchu Mt Pinatubo v červnu 1991, kdy se do stratosféry dostalo bezprecedentní množství sloučenin síry… Vliv aerosolů Mt Pinatubo pravděpodobně přispěl k bezprecedentní hloubce a rozloze antarktického úbytku ozónu v roce 1992.“

– S. Solomon et al., 1993. „Increased Chlorine Dioxide Over Antarctica Caused by Volcanic Aerosols from Mount Pinatubo,“ Nature (May 20), pp. 245-248.

Jen krátkodobý vliv?

Instituce jako NASA či EPA bagatelizují vliv sopek na ozónovou vrstvu námitkou, že vliv sopek je jen „krátkodobý“. Sopečný prach se během pár let rozptýlí. Není ale důležitější, jak je ten vliv silný než jak je dlouhý?

Za poslední půl století byly tři velké sopečné erupce. 1963 Agung, 1982 El Chichón, 1991 Pinatubo. Poté vždy přišlo drastické skokové zeslabení ozónové vrstvy. Pár let po výbuchu se ozónová vrstva vždy začala zotavovat. Dokud toto zotavování nepřerušil další sopečný výbuch.

GRAF 1: Dole teplota stratosféry. Nahoře ozónová vrstva. Prudké výkyvy na spodní křivce jsou sopečné erupce. Prudké poklesy ozónu následují těsně poté. (SPARC, dle Fioletov 2002 a Seidel 2004)

Pinatubo

V roce 1987 Montrealský protokol zakázal freony. Asi o pět let později se ozónová vrstva začala zotavovat. Bývá to někdy vykládáno jako důkaz, že za ozónovou díru mohly freony. Existuje však i jiné vysvětlení: Ozónová vrstva se zotavuje, protože od roku 1991, kdy vybuchla filipínská Mt. Pinatubo, nedošlo k žádné velké sopečné erupci.

V 80. letech se ozónová vrstva přece také zotavovala, ač freonů přibývalo. Zotavovala se, když odezněl vliv výbuchu El Chichónu. Ozónová vrstva se zotavovala i v 60.-70. letech, když odezněl výbuch sopky Agung. Navzdory sílícím emisím freonů.

I dnes se meziroční kolísání rozsahu ozónové díry řídí spíše meteorologické faktory nežli freony. Říká to studie Susan Strahanové z NASA. Například v roce 2012 se ozónová díra rekordně smrskla, ačkoli koncentrace CFC v atmosféře nijak dramaticky neklesla. Příčinou byly meteorologické podmínky, které k pólům transportovaly méně ozónu z tropů, kde ozón vzniká.

– Weather behind ozone hole changes (BBC 12.12.2013)http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-25344563

Proč taková sopečná aktivita

Nebude náhoda, že k zesílení sopečné aktivity došlo ve stejné době jako k oteplování zemského povrchu. Sluneční činnost ohřívá Zemi. A geofyzikové dávno vědí, že k největším sopečným erupcím dochází pár let po velkém solárním maximu.

19. solární cyklus (1954-64) – vrchol v roce 1958 –> Výbuch sopky Agung 1963 na Bali
21. solární cyklus (1976-86) – vrchol v roce 1979 –> Výbuch sopky El Chichon 1982 vMexiku
22. solární cyklus (1986-1996) – vrchol v roce 1989 –> Výbuch sopky Pinatubo 1991 na Filipínách

Akumulovaná sluneční energie zahřívá horniny, které zvětšují svůj objem. Bloky hornin se tlačí na sebe a v podzemí stoupá tlak. Jako když natlakujete kotel. Když pak dojde k ochlazení, nahromaděná energie se uvolní. Podobně jako když chladne ústřední topení a vy slyšíte praskání chladnoucího kovu.

Obrázek č. 2 Nižší sluneční aktivita je spojená s vyšší sopečnou činností. Nahoře sopečná aktivita (stupnice vpravo, AI, acidity index, z ledovců v Grónsku). Dole sluneční aktivita (stupnice vlevo). (Střeštík 2003)

Proč se stratosféra ochlazovala

Pokud chceme vysvětlit dlouhodobý trend úbytku ozónu, nesmíme zapomínat ani na teploty. Na úbytku ozónu se podepsaly nejen sopky, ale také ochlazování stratosféry, zejména v polárních oblastech. Nižší teploty fungují jako katalyzátor reakcí, které ničí ozón. Ochlazení stratosféry se obvykle vysvětluje zesílením skleníkového efektu, který ze zemského povrchu do stratosféry propouští méně tepla. (Shindell 1998)

Dříve bývalo zvykem dávat ochlazení stratosféry za vinu přírůstku CO2 a freonovému ničení ozónu (což je také skleníkový plyn). Dnes už se ale začíná uznávat i vliv přírodních skleníkových plynů – vliv vodní páry (Shindell 2001, Forster 1999). Tento dříve opomíjený vliv podle nových analýz může prý vysvětlit asi 30 % z globálního oteplování 1980-2000 (Solomon 2010). Stávající modely ovšem nedovedou nárůst vodních par ve stratosféře v éře globálního oteplení vysvětlit (AR4, WG1, kap 3.4.2.4). IPCC „Ačkoliv bylo vzneseno několik návrhů, neexistuje konsensus, co způsobilo stoupající trend nebo jeho nedávné zmizení.“

Jestliže jsou klimatologické modely schopny desítky let zanedbávat tak zásadní přírodní faktory, asi se ještě dočkáme velkých překvapení. Proč už mě to ani nepřekvapuje. Modelisté ignorují přírodní vlivy a pak se diví, že jejich modely nedovedou vysvětlit, co se s klimatem děje.

Zeslabování ozónové vrstvy nelze vysvětlit jen samotnými emisemi freonů. Kdyby bývalo nedošlo k sopečným erupcím a ochlazování polární stratosféry, ozónová díra by nejspíše nevznikla nebo by byla mnohem menší.

Zdroj