Tema

Ozonlagret hotat av nya utsläpp

På 1980-talet började ozonlagret, som skyddar jorden mot farlig UV-strålning, tunnas ut på grund av freon-utsläpp. När freonerna fasades ut växte ozonskiktet till sig. Forskare befarar nu att lustgas kan vidga ozonhålet igen.

Hösten 2020 var ozonhålet över Antarktis större än på länge. Och på våren varnade SMHI för ett rekordtunt ozonlager även över norra Sverige. Vad hade hänt?

I maj 2018 upptäckte amerikanska forskare förhöjda halter av CFC-11 atmosfären. Ämnet är en av de freoner som bryter ner ozonskiktet. CFC-11 används bland annat som kylmedium och har länge varit förbjudet. Men nu hade alltså någon, eller några, använt CFC-11 i något slags produktion. Men var? En månad senare publicerade New York Times en granskning som pekade ut fabriker i Kina som källor till utsläppen. Ett år senare kunde brittiska, sydkoreanska och amerikanska forskare bekräfta Kina som källa och konstatera att utsläpp från Kina stod för 40-60 procent av ökningen av CFC-11 mellan 2014 och 2017.

Freoner som kylmedel

När de första kylskåpen dök upp på marknaden under 1920-talet hade de en stor nackdel: de var farliga. Som kylmedel användes ammoniak, svaveldioxid och andra giftiga och brandfarliga gaser. Men den amerikanske kemisten och uppfinnaren Thomas Midgley Jr kom snart med en lösning: difluorklormetan, en av de klorföreningar som senare kom att säljas under handelsnamnet freon, CFC. För att bevisa gasens ofarlighet stod han inför en sammanslutning med kemister och andades in den och lät den sedan sippra ut över ett tänt stearinljus, som slocknade.

Först 50 år senare upptäckte andra kemister att freoner är så stabila att de kan ta sig upp till stratosfären där de bryts ner till kloratomer och förstör ozonet.

Idag används i stor utsträckning så kallade f-gaser (fluorerande växthusgaser) som ersättning för freoner som kylmedel. Utsläppen av f-gaser inom EU fördubblades 1990-2014 och nu pågår ett arbete med att ersätta dem med miljövänligare alternativ som koldioxid, kolväten, vatten och luft.

Vilka som står för den andra halvan av utsläppen är oklart. Bara de kinesiska utsläppen beräknas ha fördröjt återhämtningen av ozonskikten över de två polerna med ett decennium.

Stort hål upptäcktes på 1980-talet

Det var på 1980-talet som forskare upptäckte att ozonlagret över Antarktis var oroväckande tunt. Under ett möte i Montreal, Kanada, skapades det så kallade Montrealprotokollet för att fasa ut produktion och användning av ozonnedbrytande ämnen. Montrealprotokollet betraktas som en av de mest framgångsrika internationella överenskommelserna. Men det kräver att de 197 länder som har skrivit under avtalet ser till att producenter inte använder freoner, trots att de ofta är billigare och effektivare än alternativen.

Det rekordtunna ozonskikt som uppmättes över Antarktis i höstas kan dock inte skyllas på de kinesiska utsläppen, utan beror på naturliga väderförändringar. En ovanligt stark polär virvel över Antarktis hade fått temperaturen att sjunka kraftigt. I den polära virveln samlas rikligt med ozonnedbrytande ämnen, samtidigt som den låga temperaturen gynnar förekomsten av polärstratosfäriska moln. När solen återkommer efter vintern startas reaktioner på molnpartiklarna som resulterar i en nedbrytning av ozon.

Året dessförinnan, 2019, var däremot ozonhålet över Antarktis det minsta på över 20 år.

Ozonskiktet mäts över hela världen

Ozonskiktet mäts med ett världsomspännande nätverk av mätstationer. Två av de så kallade ozonspektrofotometrarna finns i Sverige; en i Norrköping och en i Vindeln i Västerbotten. Övervakningen sköts av SMHI, där Thomas Carlund är meteorolog.

– I april 2020 var ozonskiktet riktigt tunt över Sverige, när vi ser på Norrköping blev det ett nytt bottenrekord för april. Det har aldrig varit så lågt, inte ens på 1990-talet.

Orsaken är att det då skapades ett ozonhål även över den norra polen, Arktis, och SMHI rekommenderade skidåkare att ta på solskyddsmedel. Precis som i söder berodde det på en kombination av en stark polär virvel och låga temperaturer som har skapat polarstratosfäriska moln.

Giftigt ozon som skyddar oss

Ozon är en gas som består av syreatomer. Molekylen består av tre syreatomer,  O3, till skillnad från den vanliga syrgasen, O2, som vi andas. Ozon bildas huvudsakligen på hög höjd över ekvatorn och förekommer naturligt i atmosfären. Marknära ozon är giftig och farligt för människor, djur och växter, men högre upp i atmosfären skyddar gasen oss mot från skadlig UV-strålning.

Det skyddande skiktet hindrar årligen upp till två miljoner människor från att få hudcancer, enligt WMO (World Meteorological Organization). Skiktet skyddar även mot ögonsjukdomar som grå starr och har positiva effekter på människors immunförsvar.

Ett ozonhål är ett underskott av gasen ozon som uppstår i ozonlagret i jordens atmosfär. Hålet, som egentligen är en förtunning av ozonskiktet, uppträder säsongsvis över polartrakterna, främst Antarktis, då mängden ozon där reduceras kraftigt till följd av den höga halten klor som i sin tur orsakas av utsläpp av freoner (CFC).

Ozonskiktet har slutat minska

Ozonskiktet har en stor naturlig variation, vilket gör att det krävs mätningar under lång tid för att se åt vilket håll utvecklingen går. Vad mätningarna visar är att ozonskiktet åtminstone inte minskar som det gjorde fram till 1990-talet.

– Det har i alla fall upphört att minska globalt sett, men vi kan inte säga med signifikans att vi börjar se en ökning, säger Thomas Carlund.

Trots årets tunna ozonskikt vid polerna är det där läkningen beräknas ske framöver, medan de lägre breddgraderna vid ekvatorn kommer att drabbas av ett tunnare ozonskikt. Det beror delvis på klimatförändringarna som gör att mängden ozonrik luft från tropikerna till polerna kommer att öka.

– Det är på sätt och vis oroväckande för där är UV-strålningen högre, säger Thomas Carlund.

Även ozonnedbrytande ämnen mäts

Men det är inte bara ozonskiktet som är föremål för internationell övervakning – de kemiska ämnen som är ozonnedbrytande mäts på 17 olika platser i världen. Johan Mellqvist, biträdande professor vid institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap på Chalmers, har sedan 1994 övervakat de mätningar som sker vid Harestua norr om Oslo.

– Vi mäter ozon men vi mäter också de ämnen som förstör ozon, framför allt klor som kommer med freonerna, säger Johan Mellqvist.

Sammanlagt övervakas tolv olika ämnen, de flesta med något slags inverkan på ozonet. Det handlar dels om de ämnen som ersatte freonerna när de fasades ut, dels om andra och mer problematiska ämnen.

– När man pratar om ozonhålet får man intrycket att det är ett problem som är löst, men det är inte riktigt så, säger Johan Mellqvist.

Ett av ämnena som bevakas är HCFC-22 som togs fram som en ersättning för de mer skadliga freonerna, som CFC-11. Nu är även HCFC på väg att fasas ut, enligt Montrealprotokollet.

– Nu kan vi på flera stationer se en avklingning och det stämmer med att utsläppen har minskat, säger Johan Mellqvist.

Nya kylmedel måste brytas ned snabbt

Ett problem med de freonerna som nu fasats ut är att de har långa nedbrytningstider, vilket gör att de hinner vandra den långa vägen via ekvatorn och upp till stratosfären utan att brytas ner. HCFC-22 har en kortare nedbrytningstid och de ämnen som ska ersätta den måste brytas ner ännu snabbare.

Gemensamt för de flesta av de ämnen som fasats ut med hjälp av Montrealprotokollet är att de ingår i olika produkter, bland annat kylskåp och luftkonditioneringsapparater, och kan ersättas av andra, mindre skadliga ämnen.

Svårare är det med dikväveoxid, även kallat lustgas, som också bryter ner ozon, förutom att vara en potent växthusgas (300 gånger starkare än koldioxid).

– Man brukar säga att lustgasen är nästa århundrades ozonnedbrytande ämne. Den är inte lika lätt att bli av med, säger Johan Mellqvist.

Lustgasutsläppen ökar

Konstgödsel innehåller viktiga näringsämnen, framför allt nitratsalter av grundämnet kväve. Det har revolutionerat jordbruket och bidrar till att försörja världens befolkning med livsmedel. Men en av baksidorna är att konstgödsel ger upphov till biprodukten dikväveoxid – lustgas. Växterna tar bara upp ungefär hälften av den kväve som förs in i jorden med konstgödslet. Överskottet får mikroorganismerna ta hand om, genom att omvandla nitrat till kvävgas i en process som kallas denitrifiering.

Problemet är att vissa mikroorganismer inte kan slutföra det sista steget i processen, omvandlingen från dikväveoxid till kvävgas. Lustgasen tas istället upp i atmosfären. Över 60 procent av den lustgas som skapas antas komma från gödslad jordbruksmark. Lustgasutsläpp kommer också från energisektorn, industriprocesser och produktanvändning samt hantering av avloppsvatten. I Sverige har utsläppen av lustgas minskat med 18 procent sedan 1990, medan de globala utsläppen har ökat med 30 procent de senaste 40 åren.

Källa: SLU

Problemet är att den främsta källan för utsläpp av lustgas, konstgödsel, samtidigt hjälper till att försörja mer än hälften av världens befolkning med mat från de grödor som odlas. Lustgasen har en livslängd i atmosfären på 120 år och regleras inte i Montrealprotokollet.

Text: Johan Frisk på uppdrag av forskning.se

Jordens atmosfär med olika lager. Bild: NASA

Atmosfärens lager

Atmosfären är en gasblandnig i flera lager som omger jorden och består av kväve och syre – luft.

Termosfären. Sträcker sig 600 kilometer upp. I detta lager kretsar satelliterna. Det är här norrsken uppstår och meteorer börjar bromsas in av jordens atmosfär.

Mesosfären. Sträcker sig upp till 85 kilometer är den kallaste delen av atmosfären.

Stratosfären. Sträcker sig 50 kilometer upp. I mitten ligger ozonskiktet som absorberar och sprider solens ultravioletta strålning.

Troposfären. Börjar vid jordens markyta och sträcker sig mellan 8 till 14,5 kilometer upp. Här sker det mest väder.

Källa: Rymdstyrelsen

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Ozonlagret hotat av nya utsläpp

 lästid ~ 8 min