Ozonmolekylen består av tre syreatomer, med den kemiska beteckningen O3, till skillnad från det två-atomiga syret, O2, vilket vi tillgodogör oss vid andningen.
Vid de förhållanden som råder i jordens atmosfär är ozon en giftig gas. Den är kraftigt oxiderande och kan därför irritera slemhinnor och ögon samt verka nedbrytande på exempelvis gummi.
Bildning
Eftersom ozon är starkt reaktiv kan den brytas ner snabbt. men eftersom den trots allt finns måste den återbildas hela tiden.
Ozon bildas när en syremolekyl (två syreatomer som sitter ihop) splittras av UV-strålningen från solen på höga höjder så att de ensamma atomerna kan slå sig samman med hela syremolekyler och bilda ozon (tre syreatomer som sitter ihop). Den viktigaste platsen för ozonbildning är på hög höjd över ekvatorsregionen.
Kemiska processer nära markytan bryter vanligtvis ned ozonet i troposfären, den lägre delen av atmosfären. Men under inverkan av luftföroreningar från industrier och biltrafik och solljus bildas ozon även nära marken, så kallade fotokemiska reaktioner.
Under vår och försommar förekommer ibland episoder i bland annat Sverige med så höga halter att det ger hälsoproblem. Om man är känslig bör man stanna inne med stängda fönster och dörrar vid sådana ozonepisoder.
Ozon på olika höjd
Ozon finns från jordytan upp till mycket höga höjder. Merparten befinner sig i stratosfären på cirka 10 - 50 km höjd och denna ansamling av ozon kallas därför ofta för ozonskiktet.
Ozonet högt upp i atmosfären är bra eftersom det fungerar som ett filter mot den skadligaste UV-strålningen. Ett minskat ozonskikt medför att mer skadlig UV-strålning kan nå jordytan. För människor kan detta innebära ökad risk för hudcancer, skador på ögon och påverkan på immunsystemet.
Marknära ozon kan däremot vara ett miljöproblem. På grund av sin reaktivitet orsakar detta ozon betydande skador på exempelvis gummi och vissa grödor samt irritation på slemhinnor hos människor.
En förändrad strålning kan också påverka ekosystemen. Exempel på negativ inverkan skulle vara minskade skördar och störningar i näringskedjan i havet. Även vissa djurarter tros kunna påverkas negativt av hög UV-strålning.
Man skall inte heller förringa den ekonomiska betydelsen av att vissa material såsom plaster, färger, papper, och gummi bryts ner av UV-strålning.
Ozonhål och uttunnat ozonskikt
Ozonskiktets tjocklek varierar naturligt över året. I Skandinavien är ozonskiktet som tjockast under våren. Det blir allt tunnare under sommaren och når ett minimum under hösten.
Denna årliga variation beror på storskaliga transporter i atmosfären. Ozon bildas i stora mängder över låga breddgrader och förs med vindarna på mycket hög höjd i stratosfären mot det polarområde där det råder vinter. Där sker då en ansamling av ozon under vinterhalvåret och följden blir ett maximum till våren. Processen kallas för Brewer-Dobson cirkulationen.
På grund av bland annat mänsklig aktivitet så tunnades ozonskiktet ut väsentligt under de sista årtiondena på 1900-talet.
När ett område visar ett totalozon på mindre än 220 DU brukar man tala om ozonhål. Ozonet är alltså inte helt försvunnet från atmosfären, men just ozonskiktet på cirka 20 km höjd kan vara helt borta.
För närvarande finns det endast ett hål i ozonskiktet som uppträder regelbundet varje vår (augusti-december), nämligen det Antarktiska ozonhålet. Som minst kan värdet här gå ner till cirka 100 DU.
Att det just uppträder ett hål över Antarktis beror på de speciella förhållandena där; en kontinent centrerad runt polen, starka vindar som bildar en relativt stabil polär virvel, mycket låga temperaturer i stratosfären under den antarktiska vintern som medför att polarstratosfäriska moln kan bildas.
Eftersom ozon hela tiden nybildas så kan det aldrig försvinna från atmosfären helt. För att hindra ytterligare nedbrytning av ozonet bör vi dock undvika att använda produkter som tillför atmosfären så kallade ozonförstörande ämnen.
Tack vare Montrealprotokollet så har användningen av ozonnedbrytande ämnen minskat kraftigt, men eftersom ozonmängden varierar så mycket är det svårt att säga om skiktet har börjat återhämta sig ännu. Däremot är vi nu i ett läge där minskningen verkar ha slutat och vi förväntar oss en ökning.
Är en återhämtning på gång?
Ozonhålet år 2006 blev det största som hittills observerats, cirka 27 miljoner km2 - alltså stort som hela Nordamerika. I figuren nedan visas data från NASA för den tid under våren då ozonhålet är som störst; medelvärde av storlek och medelvärde av de lägsta totalozonvärdena; för detaljer se NASAs hemsida.
De följande årens ozonhål har varierat mycket i storlek och så sent som 2015 och 2020 observerades bland de största och djupaste hålen någonsin.
En avvikare bland ozonhålen var 2002. Det året blev atmosfärens cirkulation kring Antarktis störd i slutet av september. Hålet blev först avlångt och snörptes sedan av i två delar. Detta gjorde att ozonhålet inte alls blev lika djupt och stort som det brukade vid denna tid. Ungefär samma förhållanden under 2019 ledde till det minsta ozonhålet som observerats sedan den kraftiga ozonnedbrytningen startade över Antarktis.
Är detta ett tecken på att en återhämtning är på gång? Det kan vara så och borde vara det med tanke på de framgångsrika begränsningarna av produktion och utsläpp av de ozonnedbrytande ämnen.
Några forskare har visat, med hjälp av multipel-regression där olika faktorers inverkan på mängden ozon separeras, att en svag återhämtning har inletts. Metodiken bygger dock på ett antal antaganden och signalen är hittills svag så en viss försiktighet är att rekommendera.
Det krävs därför fler år med positiv utveckling. Kanske en statistiskt säkerställd återhämtning av ozonskiktet kan fastställas före 2030, det återstår att se. Trots dessa svårigheter vet vi att läkningsprocessen pågår.
Naturliga variationer och koppling till klimatförändringen
Variationer i ozonhålets storlek mellan olika år kan kopplas till hur aktiva åren är avseende SSW (Sudden Stratospheric Warming). Ett fenomen i främst övre och mellersta stratosfären då temperaturen plötsligt stiger där under vintern.
Effekten av den höjda temperaturen blir att bildningen av PSC (Polar Stratospheric Clouds, på svenska polarstratosfäriska moln) begränsas vilket i sin tur medverkar till att klor förblir i sin inaktiva fas och därför inte bidrar till nedbrytning av ozonet i de övre delarna av stratosfären.
Det ozonnedbrytande kloret finns alltså kvar men då i sin inaktiva fas. De ozonnedbrytande ämnena har långsamt börjat avta i koncentration i atmosfären, men effekten på själva ozonskiktet är svår att se. Detta eftersom den naturliga variabiliteten är så stor i ozonskiktet att ett enskilt års storlek på hålet inte kan tas som ett intäkt på en förbättring.
Mängden ozon över en plats påverkas inte bara av nettot mellan bildning och nedbrytning utan också av nettotransporten. Den pågående klimatförändringen ändrar på temperaturen i stratosfären (avkylning) vilket påverkar de kemiska processerna som bildar och bryter ner ozon och andra ämnen som i sin tur påverkar ozonet.
Men en annan effekt av klimatförändringen är att den så kallade Dobson-Brewer-cirkulationen påverkas. Det är en storskalig transport av ozon från låga breddgrader till höga; främst från ekvatorsområdena till vinterpolen. Modellberäkningar visar att cirkulationen kommer att stärkas vilket därmed bidrar till att öka mängden ozon på höga breddgrader medan den minskar på låga.
Om några decennier kan ozonskiktet ha återhämtat sig på höga breddgrader medan det samtidigt har minskat på låga.