Osoonikihi jälgimine

Satelliit Nimbus Maa orbiidil

Kunstniku nägemus: satelliit Nimbus Maa orbiidil. “Nimbus 7” tegi aastail 1978–1992 kokku umbes miljard osoonimõõtmist. Repro: NASA.

Osoonikihi olukorra kohta andmete saamiseks tuleb seda pidevalt jälgida. Osoonikihi paksuse mõõtmiseks on välja arendatud erilised kaugkaardistuse meetodid.

Vanim moodus on spektrofotomeetriaks nimetatav optiline tehnika, mida kasutatakse laialdaselt ka tänapäeval. Meetod põhineb sellel, et osoonikiht on ultraviolettkiirguse filter. Mida tõhusam ja paksem on osoonikiht, seda rohkem filtreerib ta päikesekiirgusest välja nn UVB kiirgust (lainepikkus 290–320 nm).

Osoonikihi mõõtmise tehnika

Mõõdetud UVB kiirguse hulk võrrelduna päikesekiirguse muu pikalainelisema komponendiga ütleb teatud matemaatiliste tehete järel osoonikihi kogutugevuse küllaltki täpselt, tekkinud viga pole tavaliselt suurem kui 1%. Seetõttu on spektrofotomeetriast tulnud eriline standardmenetlus, mille järgi ka muud taolised menetlused kalibreeritakse. Tegemist on nn Dobsoni meetodiga. Dobsoni meetodi aluseks on kiirguse mõõtmine kahel lainepikkusel osooni tugeva neelamise ribas ja väljaspool seda ja saadud tulemuste võrdlemine.

Veel on kasutusel Breweri spektrofotomeeter. Selle aparaadi abil saab automaatselt mõõta ultraviolettkiirgust pea kogu aasta vältel. Lisaks mõõdab see osooni koguhulka ja SO2 kontsentratsiooni. Seadme ainukeseks puuduseks võib pidada, et ta vajab Päikese paiknemist horisondist kõrgemal. Selline puudus on enamikel spektrofotomeetritel.

Euroopa ühistöö käigus on loodud SAOZ spektrofotomeeter. Seda saab kasutada ka siis, kui Päike on allpool horisonti, mis on eriti vajalik polaaröö tingimustes. Seadmega saab mõõta veel selliseid ühendeid atmosfääris nagu OClO (kloordioksiid, ka ClO2), ja NO2 ning aerosoolide hulka.

Abivahenditeks õhupallid ja satelliidid

Osoonikihi paksust saab mõõta ka õhupallilt, raketilt või lennukilt, kuid viimaste kütus on osoonikihile kahjulik. Kasulikuks on osutunud osoonikihi mõõtmise tehnika, mil osooniandurid kinnitatakse vesiniku või heeliumiga täidetud õhupalli külge.

Õhupalli tõustes mõõdavad andurid pidevalt eri kõrgustel osooni hulka ja lähetavad andmed raadiosaatja abil vastuvõtjale. Sellise tehnika kasutamise tulemusel saadakse lisaks osooni koguhulgale teada ka osooni jagunemise vertikaalprofiil. Sellist tehnikat nimetatakse loodimistehnikaks ning kasutatakse osoonikihi lokaalsetel uuringutel. Vastupidiselt spektrofotomeetriale saab seda tehnikat kasutada ainult lühiajaliselt – stratosfääris madalate temperatuuride tõttu õhupallide kestad rebenevad.

Tänapäeval on osoonikihi mõõtmistel suureks abiks satelliidid. Esmakordselt püüti osoonikihti kosmosest jälgida 1960. aastate lõpus. 1967. aastal lasti orbiidile USA orbitaalne geofüüsikaobservatoorium OGO 4 (OGO – Orbiting Geophysical Observatory). Hiljem paigutati kaugseireinstrumente meteoroloogiatehiskaaslastele “Nimbus 3” kuni “Nimbus 7”.

“Nimbus 7” miljard mõõtmist

Satelliitidelt osoonikihti mõõtvad instrumendid on enamasti eri tüüpi spektrofotomeetrid. Üks tuntumaid selliseid seadeldisi oli NASA-le kuulunud TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer), mis asus satelliidil “Nimbus 7” ja lõpetas töö 1993. aasta kevadel. Selle seadmega on tehtud pikim katkematu osoonikihi mõõtmine satelliidilt. Meteoroloogiatehiskaaslane “Nimbus 7” lennutati orbiidile 24. oktoobril 1978. See tiirles 995 km kõrgusel sünkroonselt Päikesega. TOMS tegi päevas 190 000 mõõtmist, millest igaüks kestis 8 sekundit. 1978–1992 tegi see seadeldis kokku umbes 1 miljard mõõtmist.

Soome koos Prantsusmaa ja mitme teise Euroopa riigiga on välja töötanud GOMOS spektromeetri. 1990. aastate lõpust keskendus see satelliidile kinnitatud instrument polaaralade osoonikihi olukorra jälgimisele. GOMOS teeb 400 mõõtmist päevas. GOMOS kasutab osooni hulga määramisel kaugete tähtede spektreid.

Osoonikihi mõõtmisi teostab ka Venemaa METEOR satelliit, mis lasti orbiidile 1991. aastal.

1991. aastal viis kosmosesüstik Space Shuttle orbiidile kõige aegade kalleima ja suurima atmosfääriobservatooriumi UARS (Upper Atmosphere Research Satellite), mille põhitegevuseks on inimtegevusest tingitud keskkonnamuutuste uurimine. Põhilise tähelepanu alla on seejuures võetud osoonikihi seisund.

Kosmoseandmed vajavad maapealset kinnitust

Osoonikihi olukorda mõõdavad ka seadmed tehiskaaslastel NOAA10 ja NOAA11, edastades põhiliselt infot Euroopa ja Arktika kohal asuva osoonikihi olukorra kohta, lennates nendest piirkondadest üle 8 korda päevas. Moodne tehnoloogia võimaldab mõõta osoonikihti ka polaaröö ajal.

1993. aastal saatis Jaapan osoonikihi uurimiseks maailmaruumi 2 uurimisraketti. Siiski võib kauges maailmaruumis teostavatel uuringutel ette tulla ka mitmeid äpardusi. Näiteks keeldus 1994. aastal kosmoselaeva Atlantis pardal asunud osoonikihi paksust mõõtev seade töötamast. Kõik ülejäänud atmosfääri ja päikeseenergia monitorid Atlantise pardal ning astronoomide poolt orbiidile saadetud satelliidid töötasid hästi.

Satelliitide suur edu osoonikihi jälgimisel on tingitud sellest, et nad koguvad andmeid ka sealt, kus maapealseid vaatlusi on raske teha. Kuid alati on vaja kosmoseuuringutel saadud info kinnitamiseks ja kontrolliks teostada ka Maalt hästi kontrollitavaid mõõtmisi, et kinnitada satelliitidelt kogutud andmete õigsust.

Bakterid näitavad UV-kiirguse taset

Osoonikihti uurivad teadlased on välja töötanud täiesti uudseid osoonikihti hindavaid menetlusi. Saksa teadlased leiutasid uut tüüpi filmi, mis aitab hinnata osoonikihi õhenemist Maa atmosfääris. Selle filmi valgustundlik emulsioon sisaldab ultraviolettkiirguse suhtes väga tundliku bakteri Bacillus substilis spoore. Filmi ekspositsiooniaeg on umbes aasta, kusjuures kasutatakse spetsiaalseid filtreid, mis lasevad läbi ainult ultraviolettkiirgust. Pärast sellist “võtet” asetatakse film baktereile sobivasse kasvukeskkonda, kus spoorid arenema hakkavad. Nende paljunemise intensiivsuse järgi saab hinnata ultraviolettkiirguse doosi. Mida suurem see on, seda kiduramalt arenevad bakterid.

Praegusel ajal teostab mõõtmisi spektromeeter TOMS, mis on paigutatud satelliidile Earth Probe. Igapäevased mõõtmistulemused edastatakse regulaarselt intenetti, NASA vastavale lehele.