V ozónovou díru bylo lehké nevěřit. Poučení z poslední klimatické krize

Otázky kolem změn klimatu se na první pohled mohou zdát specifickým problémem současnosti. I zběžný pohled do minulosti ovšem ukáže, že lidstvo povahou podobné problémy v minulosti řešilo. Jeden v minulosti tak nedávné, že ji většina z nás pamatuje.

Oblačnost ve stratosféře, tedy vrstvě, ve které docházelo k úbytku ozonu v důsledku rozšířeného využívání freonů. | foto: Hike395,  CC-BY,  Creative Commons

O autorovi

Prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D., (*1976) vystudoval PřF UK v Praze. V Ústavu fyzikální chemie VŠCHT v Praze se zabývá teoretickou chemií, radiační chemií a fotochemií. Od r. 2007 je členem redakční rady Vesmíru. S Ivonou Malijevskou napsal knihu „Záhady, klíče, zajímavosti očima fyzikální chemie“ (2013). Roku 2016 dostal cenu Neuron. Od r. 2017 je členem Učené společnosti ČR.

Klimatické změny, role člověka, možná řešení a ekonomické důsledky se stávají středobodem současné veřejné diskuse. Nemáme přitom dostatek nezpochybnitelných dat, nemůžeme provést experimenty a jsme odkázáni na numerické modelování. Avšak náklady, ať již naší nečinnosti, nebo zbrklé aktivity, mohou být závratně vysoké.

V podobně nekomfortní situaci ale nejsme poprvé. V sedmdesátých a osmdesátých letech se s obdobnou vervou diskutovala ztenčující se ozonová vrstva Země. S vědomím ošidnosti historických analogií je užitečné si tehdejší disputace připomenout.

Malé opakování

Zopakujme si něco málo o ozonu. Tuto reaktivní formu kyslíku objevil v roce 1838 Christian Friedrich Schönbein – při elektrolýze vody jej zaujal nezvyklý pach, který bylo možno detekovat také při bouřkách. Od řeckého výrazu pro vůni je rovněž odvozen název tohoto namodralého, štiplavého a toxického plynu, s jehož nepříjemnými účinky se můžeme setkat v slunných letních dnech ve formě fotochemického smogu.

Ve dvacátých letech už bylo ze studia spektra slunečního záření zřejmé, že se ozon vyskytuje ve stratosféře a ve třicátých letech objasnil britský meteorolog Sydney Chapmann mechanismus, kterým ozon vzniká, tedy účinkem slunečního záření na běžný kyslík. A v té chvíli už bylo také jasné, že právě ozon nás a další organismy chrání především před škodlivým krátkovlnným zářením UV-B.

Navržený mechanismus umožňuje modelovat atmosférické koncentrace s využitím laboratorních dat o rychlostech chemických reakcí. Dostatečně přesná data o chemických reakcích se začala objevovat až v padesátých letech. Ukázalo se, že na Chapmannově mechanismu něco kvantitativně nesedí. Ozonu bylo oproti modelům málo.

Přidáním dalších reakcí, konkrétně mezi ozonem a oxidy dusíku, se model zpřesnil. A zároveň se začala vkrádat myšlenka, že ozonová vrstva je trochu vachrlatá a lidská činnost s ní může řádně zamávat. První obava byla z jaderných testů, které v šedesátých letech ještě probíhaly. Ty díky politickým dohodám skončily – bez ohledu na jejich potenciální roli v ozonovém rozpočtu. Následovala obava z nadzvukových letadel, produkujících oxidy dusíku. Tady zase pomohla neviditelná ruka trhu, komerční provoz těchto letadel se nevyplácel. Teprve pak se objevila hrozba freonů.

Změny celkového a antarktického ozonu. Jedna Dobsonova jednotka (DU) vyjadřuje množství ozonu, které by za tlaku 1013,25 hPa a teploty 0 °C vytvořilo vrstvu silnou 10 mikrometrů. Pokles koncentrací antarktického ozonu je řádově větší než pokles globální koncentrace.

První alarmisté

V roce 1974 Mario Molina a Sherry Rowland napsali „alarmistický“ článek do časopisu Nature, ve kterém upozornili na rozklad ozonu chlorovými radikály z chlorovaných uhlovodíků (především CF₂Cl₂ a CFCl₃), produkovaných člověkem a využívaných rozsáhle v chladírenském průmyslu, v rozprašovačích či jako nadouvadla.

Vycházeli z čerstvých měření Jamese Lovelocka (známého hlavně jako autora hypotézy Gaia), který byl schopen detekovat i stopová množství freonů. Ukázalo se, že v atmosféře (přesněji v její nejnižší vrstvě, v troposféře) zůstaly téměř veškeré freony do té doby vyrobené. Freony jsou nerozpustné ve vodě, viditelným světlem nerozložitelné a chemicky nereaktivní.

Rowland s Molinou si položili otázku, co se s těmito látkami nakonec stane – nemohou se přece kumulovat v atmosféře donekonečna. Dospěli k závěru, že tyto plyny budou postupně a velmi pomalu stoupat z troposféry do stratosféry, kde se budou rozkládat světlem a budou přitom katalyzovat rozklad ozonu. A to ještě po desítkách let.

Z jejich dat vyplývalo, že při devítiprocentním ročním nárůstu spotřeby, pozorovaném v USA v letech 1961–1971, bude ozonová vrstva k roku 1995 tenčí o 4 až 7 procent, v roce 2050 pak o 30 až 50 procent oproti době před výrobou freonů.

Důležitým detailem je fakt, že v polovině sedmdesátých let žádné ztenčení ozonové vrstvy pozorováno nebylo. Šlo pouze o kinetický a difuzní model. Výrazné ztenčení ozonové vrstvy předpovídali až v budoucnosti. Popis samotných výpočtů ve dvoustránkovém článku zabírá jen několik řádků. Průmysl spojený s freony v té době přitom představoval jenom v USA živobytí pro několik set tisíc lidí – zcela reálná hrozba okamžité ztráty práce tak stála proti výpočtům předvídajícím problémy v dosti daleké budoucnosti.

Použité modely byly navíc zatíženy řadou nepřesností. Sám Rowland například v roce 1976 ukázal, že dosud neuvažovaná sloučenina vázající chlorové radikály – ClONO₂ – úbytek ozonu oproti původním předpokladům zmenší. Předpovědi se lišily model od modelu. Ve vědě je vylepšování tohoto druhu normální, ale diskuse se už mezitím neodehrávala zdaleka pouze na stránkách vědeckých časopisů.

Ozonová „díra“ nad Antarktidou v září 2006, kdy byla rozlohou druhá největší v dějinách měření.

Střet

Společenská reakce byla na dnešní poměry překvapivě rychlá. Už v roce 1975 vzešel z amerických vládních kruhů návrh na restrikce ve výrobě freonů a v roce 1977 byly v USA zakázány freony v aerosolových rozprašovačích.

Překvapivé není ani to, že přišla protireakce. Výrobci freonů zaplatili celostránkové inzeráty obhajující použití freonů a zdůrazňující, že předpověď ztenčení ozonové vrstvy je pouhá teorie. Objevovaly se také návrhy, že oproti přirozeným zdrojům chloru například z vulkanické činnosti jsou antropogenní zdroje bezvýznamné.

Intenzita UV-B záření ve městech se díky přítomnosti aerosolů v osmdesátých letech spíše snižovala, což nahrávalo ozonovým skeptikům. Ekonomické analýzy nákladů a přínosů zdůrazňovaly ohromné náklady a nevratné hospodářské škody, které restrikce přinesou.

Ještě v roce 1987 se v americké administrativě objevil „plán osobní ochrany“ (Personal Protection Plan), který považoval za alternativu k zákazu chlorovaných uhlovodíků přizpůsobení se nové situaci. Diskuse se přesouvala z vědecké roviny do roviny ideologické. Ušetřeni kritiky nezůstali ani vědci – paniku prý vyvolávají schválně kvůli grantům, prestiži a slávě.

Znovu si připomeňme, že ještě na začátku osmdesátých let nebyl pokles koncentrací ozonu věrohodně pozorován (viz graf vlevo) – i když katalytický mechanismus rozkladu ozonu byl potvrzen měřením reaktivních radikálů ve stratosféře. Firmy v té době přerušily vývoj náhrad freonů a „krize, která nebyla“, se zdála zažehnána. Pak ale přišel dramatický zvrat.

Měření v Antarktidě z října 1985 ukázala 30% pokles koncentrace ozonu a tzv. ozonová díra byla od té doby pozorována každoročně. Zpětně se ukázalo, že ozonová díra byla na satelitních snímcích patrná již dříve, ale data s extrémně nízkými koncentracemi ozonu byla vyřazována jako nespolehlivá. Také autoři první studie o úbytku ozonové vrstvy v Antarktidě věděli delší dobu, ale výsledky jim nedávaly smysl, takže prováděli stále nová měření, než se konečně odhodlali k publikaci dat.

Brewerův spektrofotometr, který provádí monitoring celkového množství ozonu v atmosféře a slunečního UV záření v oblasti Antarktidy.

Kinetické modely pracující s reakcemi v plynné fázi nedokázaly ozonovou díru vysvětlit. Dominantní roli zde zase hrají chlorové radikály, ovšem vzniklé chemickými reakcemi na ledových částicích. Ale to nebylo od počátku jasné. Alternativní hypotézou bylo např. proudění vzdušných mas s nízkým obsahem ozonu do antarktické stratosféry – pak by ovšem zákazy freonů nepomohly.

Přes chybějící konsenzus ohledně příčiny ozonové díry byl v roce 1987 přijat Montrealský protokol, který produkci chlorovaných uhlovodíků masivně omezoval. Přidalo se všech tehdejších 197 členů OSN. Montrealský protokol byl nastaven na režim pravidelného přehodnocování a po něm následovala další zpřísnění. Oproti očekávání oponentů zákazu se náhrada freonů ukázala jako plně funkční řešení. Nicméně globální koncentrace ozonu v devadesátých letech vytrvale klesaly a až v novém miléniu se začínají stabilizovat či dokonce mírně zvyšovat.

Ozonová krize si prošla povědomým cyklem: jev neexistuje – jev není způsoben člověkem – řešení způsobí více škody než užitku. Komunita atmosférických chemiků, fyziků a meteorologů přitom docházela dosti rychle ke konsenzu, protiargumenty přicházely spíše od odborníků z jiných oblastí. Montrealským protokolem byla porušena „presumpce neviny“, což se retrospektivně jeví jako správné rozhodnutí. Důležitou roli ale sehrála i víra průmyslu, že alternativní cesta je schůdná a může přinést zajímavé příležitosti.

Text byl převzat z časopisu Vesmír, a před vydáním byl redakčně upraven. Originál naleznete zde. Článek patří do série textů na téma klimatu, které vyšly v letním dvojčísle časopisu Vesmír.