Kansainvälisyys 1.9.2017

Montrealin pöytäkirjan menestystarina

Yli 30 vuotta sitten Etelämantereen yllä otsonikerroksessa havaittiin aukko. Otsonikerroksen suojelemiseksi laadittiin Montrealin pöytäkirja, jonka myötä otsonia tuhoavien aineiden käyttö on pudonnut 98 prosenttia. Tänä vuonna juhlistetaan Montrealin sopimuksen 30-vuotissyntymäpäivää ja korkealaatuista otsonitutkimusta.

Otsoni on elämän edellytys. Se on ilmakehän ainoa kaasu, joka pystyy imemään itseensä auringon vaarallista ultraviolettisäteilyä. Ilman stabiilina pysynyttä otsonikerrosta elämä tuskin olisi kehittynyt syvistä meristä maan kamaralle 500 miljoonaa vuotta sitten. Otsoni ei siis ole pelkkä ilmansaaste, vaikka alailmakehässä se sellaisena tunnetaankin. Päinvastoin, keski-ilmakehässä sijaitseva otsonikerros on erittäin merkityksellinen. Vuonna 1985 siinä kuitenkin havaittiin valtava aukko.

Tutkimusprofessori Erkki Kyrölä.

Ilmatieteen laitoksen tutkimusprofessori Erkki Kyrölän mukaan havainto oli “luonnontiedettä parhaimmillaan” – otsoniaukko havaittiin pitkäaikaisen mittaus- ja monitorointityön avulla. “Tieto saatiin rutiinityötä tekemällä”, Kyrölä kertoo. Kukaan ei osannut ennustaa tilannetta, minkä vuoksi otsonikadosta kasvoi kansainvälinen shokki.

“Mikään silloinen teoria ei pystynyt selittämään otsoniaukon syntyä”, Kyrölä kuvailee. “Ilmakehätutkimuksessa kuohui ja poliitikot myönsivät otsonitutkimukselle rahoitusta. Pelko otsoniaukon leviämisestä myös muiden mantereiden päälle oli todellinen. Niin tieteessä kuin politiikan puolella huomattiin nopeasti, että jotain asialle oli tehtävä.”

”Otsonikadosta kasvoi kansainvälinen shokki.”

Otsonimittauksia avaruudesta

Ilmatieteen laitos oli aloittanut otsonimittaukset jo vuonna 1988 Sodankylässä. Otsoniluotauksia tehtiin myös Jokioisten observatorioissa ja Marambiossa etelänapamantereella yhteistyössä Argentiinan kanssa. Suurin taloudellinen investointi otsonitutkimuksiin Suomessa oli poliittinen päätös, jonka myötä Suomi liittyi Euroopan avaruusjärjestöön (ESA) 1980-luvun lopulla.

ESA (European Space Agency) luotiin koordinoimaan Euroopan maiden satelliittihankkeita ja tutkimusideoita. “Se on pienten maiden kuten Suomen pelastus”, Kyrölä toteaa. Ainoastaan Yhdysvallat on kyennyt tekemään yksin kattavia mittauksia avaruudesta käsin.

ESAn lisäksi muun muassa NASA ja monet muut avaruusinstituutiot alkoivat suunnitella uusia satelliitti-instrumentteja, toisin sanoen mittalaitteita avaruuteen sijoitettavaksi otsonin tarkkailua varten. Suomi pääsi vuonna 1988 mukaan ranskalaisen GOMOS-mittalaitteen suunnitteluun ja hyödyntämiseen. GOMOS ehti kiertää 10 vuotta napojen välistä polaarirataa 800 kilometrin korkeudessa ENVISAT-nimisellä, linja-auton kokoisella satelliittialustalla, kunnes se huhtikuussa 2012 lopetti toimintansa. GOMOSin avulla ehdittiin taltioida paljon tärkeää tietoa otsonista.

Kesällä 2004 hollantilais-suomalainen OMI-mittalaite laukaistiin amerikkalaisen satelliitin kyydissä kiertoradalleen. Lisäksi suomalaiset ovat mukana myös ruotsalaisen Odin-piensatelliitin ohjelmassa. Ilmatieteen laitoksella prosessoidaan sen otsonituotteita. Ilmatieteen laitos on vastuussa myös OMIn mittaaman ultraviolettisäteilyn prosessoinnista.

Envisat-satelliitti

Ponnekaasut ovat otsonin tehokkaimpia tuhoajia

Syyt otsoniaukon syntymiselle löytyivät 80-luvulla nopeasti. Pahimmat otsonin tuhoajat olivat ponnekaasut eli CFC-yhdisteet, jotka kulkeutuessaan keski-ilmakehään hajoavat voimakkaan ultraviolettisäteilyn ansiosta, jolloin niissä oleva kloori vapautuu ilmaan. Kloori ja otsoni reagoivat keskenään katalyyttisesti siten, että kloorin määrä reaktiossa ei muutu, mutta otsoni tuhoutuu. Tämä kloorin määrän lisääntyminen selittää yleisen otsonikadon, mutta ei otsoniaukon voimakkuutta. Selitys löytyykin varastoyhdisteistä, joihin osa kloorista ja muista katalyyttisistä aineista sitoutuu.

Talvisin etelämantereella syntyy polaaripyörre, eikä kylmä ilma sekoitu lainkaan muiden leveysasteiden ilmaan. Ilmiö synnyttää noin 20 kilometrin korkeuteen polaaripilviä, joiden pinnalla eri varastoyhdisteet reagoivat ja niihin sitoutunut ilmakehän kloori vapautuu molekyläärisessä muodossa. Kun aurinko alkaa taas syys-lokakuun vaihteessa paistaa Etelänapamantereelle, voimakas uv-säteily hajottaa molekyläärisen kloorin klooriatomeiksi, jotka alkavat katalyyttisesti tuhoamaan otsonia. Kloorin muuttunut olomuoto on otsonin kannalta erittäin haitallinen. Muualla ilmakehässä ei esiinny yhtä alhaisia lämpötiloja, minkä vuoksi voimakasta otsonikatoa ei muodostunut muualla maailmassa.

Katastrofin ainekset

Mikäli etelänapamantereen yläpuoleiseen otsoniaukkoon ei olisi reagoitu riittävällä nopeudella ja tehokkuudella, olisivat seuraukset olleet katastrofaaliset. Yleinen otsonikato olisi arvioiden mukaan ollut 17 prosenttia vuonna 2020. Vuoden 2050 jälkeen luku olisi noussut 67 prosenttiin. Otsoniaukot olisivat tässä tapauksessa olleet molemmilla napa-alueilla ympärivuotiset, ultraviolettisäteilyn määrä olisi kaksinkertaistunut maapallolla ja ihosyöpää esiintyisi huomattavasti enemmän.

Nämä kohtalokkaat ennusteet eivät kuitenkaan toteutuneet kuin keinotekoisissa ilmakehäsimuloinneissa, kiitos Montrealin pöytäkirjan. Se ratifioitiin kaikissa maailman maissa 16.9.1987, minkä jälkeen otsonikerrosta heikentävien aineiden tuotantoa ja kauppaa rajoitettiin voimakkaasti. Nyt otsonikerroksen oletetaan palaavan täysin aikaisempiin pitoisuuksiinsa.

Satelliitti-instrumentti OMIn mittaama kokonaisotsonin jakauma Etelämantereen yllä lokakuussa 2005 – 2016. Niin kutsuttu otsoniaukko eli otsonikerroksen ohenema erottuu kuvasta sinisellä.

Pitkäjänteistä tutkimista ja jälkimonitorointia

Montrealin pöytäkirjaa on jatkettu, tarkennettu ja sen toimeenpanoa tarkkailtu säännöllisesti tähän päivään asti. Ponnekaasupitoisuuksia ja otsonin toipumista mitataan edelleen. Kyrölän mukaan jatkuva tilanteen tarkkailu ja pitkät aikasarjat havainnoissa ovat välttämättömiä otsonikadon ongelmanratkaisussa.

“Yhtäkkiä koko ilmakehätutkimus sähköistyi.”

30 vuotta sitten pitkäjänteinen monitorointi paljasti otsoniaukon ja maailma välttyi ympäristökatastrofilta. “Se oli varmasti erittäin tylsää työtä, kunnes ei enää ollutkaan”, Kyrölä muistelee. “Yhtäkkiä koko ilmakehätutkimus sähköistyi.” Kyrölän mukaan tehostettuja mittauksia tulee jatkaa ainakin vielä toiset 30 vuotta lisää.

Otsonikerroksen toipumista seurataan yhä aktiivisesti kansainvälisessä yhteistyössä eri tutkimuslaitosten kesken. Montrealin sopimus pysäytti otsonikadon, sillä sen ansiosta otsonia tuhoavat aineet poistettiin tuotannosta ja myynnistä maailmanlaajuisesti.

Nyt otsonia tuhoavia aineita ei pääse lisää ilmakehään, mutta niiden poistuminen sieltä vie aikansa. Kun otsonia tuhoavia aineita ei enää virtaa ylös keski-ilmakehään, aineet palautuvat luonnollisiin pitoisuuksiinsa. Vaikka toipuminen on hidas prosessi, on Montrealin sopimuksen 30-vuotissyntymäpäivää syytä juhlia.

Teksti:
Kuvat:

Ilmatieteen laitos, NASA