Tag - ozon

Pärlemormoln, PSC

1 januari 2017

Pärlemormoln, pärlemomoln, Polar Stratospheric Clouds (PSC) eller Nacreous clouds, bildas under vissa betingelser som uppenbarligen var uppfyllda i dag i Jämtland. Bilden ovan är tagen över från Frösön över Vallsundet, Storsjön under förmiddagen den 31 december, 2016. Under eftermiddagen syntes ännu kraftigare PSC:s.

Det är vackra moln som skiftar i färger liknande pärlemor därav namnet. På anrika JPL:s (Jet Propulsion Laboratory, NASA) hemsida kan man läsa att ”…called ”Mother of Pearl” by Scandinavians due to their iridescent appearance”.

De bildas på höjder mellan 15 och 30 km, dvs i stratosfären och påminner ofta lävågsmoln (linsmoln) i strukturen. Det är ingen händelse, pärlemomoln bildas ofta i vågrörelser när det blåser kraftigt över bergskedjor. Och idag var det kraftiga västliga vindar över Skanderna.

De är ovanliga och när de väl syns så är det så gott som alltid i polarområdena, norr om 60°N (söder om 60° S på södra halvklotet). Men det är inte bara den begränsningen, det är dessutom väldigt torrt i stratosfären och det förekommer överhuvudtaget väldigt lite moln här. (99,x% av alla moln finns i troposfären, från marknivå upp till 10-15 km höjd.) Det är sällan moln i stratosfären (men däremot finns det ozon, mer om det lite längre ner).

Det finns två sorters pärlemomoln, typ I och typ II. Jag börjar med II eftersom den är enklast och i stort sett liknar vanliga moln:

Typ II: Pärlemormoln bestående av iskristaller med temperaturer på ca -85°C.

Typ I: Mindre spektakulär än pärlemormoln, mer diffus och mindre ljusa färger. Ibland är pärlemormoln typ II inbäddade i dem. Typ I är inte riktigt lika kalla som typ II, men håller ändå ca -78°C. De är sammansatta av mer komplicerade ämnen eller vätskedroppar och kommer i tre olika former:
Typ Ia: Kristallina föreningar av vatten och salpetersyra – särskilt NAT, salpetersyra trihydrat HNO3.3H2O
Typ Ib: Små sfäriska droppar av en lösning av salpetersyra och svavelsyra.
Typ Ic: Små icke sfäriska partiklar av en metastabil salpetersyra i flytande fas.
Summa summarum: Typ I består huvudsakligen av vattendroppar med salpetersyra och svavelsyra.

Pärlemomolnen må vara vackra, men de bär på obehagliga egenskaper. De bidrar nämligen till nedbrytningen av ozon. Det är inte molnen i sig utan att det sker kemiska processer på deras yta. Det sker på två sätt:

De ger en yta som omvandlar de annars så stabila freonerna (som innehåller klor) till reaktiva former som bryter ner ozon.
De tar också bort kväveföreningar som annars hämmar inverkan av klor.

Det behöver vara kallt, omkring -80°C, det behöver finnas moln (PSC) och det behöver finnas solljus. Det är därför som nedbrytningen av ozonet är som kraftigast över Antarktis under våren. Det är främst pärlemomoln av typ I, dvs de minst färggranna, som bidrar till nedbrytningen av ozonet.

Dess ytor fungerar som katalysator som omvandlar stabila klorföreningar till aktiva fria radikaler, tex klormonoxid ClO som genom kedjereaktioner bryter ner fler ozonmolekyler. Steg två är att de, som ovan beskrivits, tar bort kväve genom dess gasform av salpetersyra. Detta kvävet hade neutraliserat klormonoxiden och bromsat nedbrytningen av ozonet.

Och så lite klimatförändringar på det: Under de senaste åren har stratosfären över Arktis varit kallare än vanligt och pärlemomolnen har funnits kvar längre tid under våren. Som ett resultat har ozonnivåer minskat. (Vid marken/havsnivån är det varmare än normalt, men i stratosfären är det kallare till följd av den förstärkta växthuseffekten.)

Jag har en personlig relation till dessa moln. Mitt examensarbete (1994) när jag läste meteorologi vid MISU, Stockholms Universitet, var att beräkna vad satelliten Odin skulle kunna utläsa av ozonskiktet.

/Martin

Nattlysande moln

23 juli 2016

Martin Hedberg

Allmänt

3 Comments

I går kväll/natt (22 juli) så kunde man se nattlysande moln över Stockholm. De flesta reagerade säkert inte mer än att det var en vacker solnedgång och himmel, men de nattlysande molnen är ännu mer fascinerande än så.

När de finns så finns de under hela dygnet, men de syns bara i skymning och gryning. -På dagen är den blå himlen i sig så ljus att molnen inte framträder och på natten går till slut solen under horisonten även för de nattlysande molnen.

På fackspråk kallas de för ”noctilucent clouds” som direkt översätts till nattlysande moln. Det är givetvis inte så att molnen lyser av sig själv, men de lyser upp av solen när den står under horisonten.

Anledningen till detta är att de ligger så mycket högre, på 70-100 km höjd, än vanliga moln som vanligen håller till från marken upp till under 10-15 km. Solen kan därför lysa på dem efter att det blivit mörkt i övrigt. Vanligen syns de bäst när solen står mellan 5 och 15 grader under horisonten.

Nattlysande moln över Stockholm strax före midnatt den 22 juli, 2016.

Man delar in luftlagret, från marken till rymden, i olika sfärer som beskriver deras olika egenskaper och förutsättningar. Vanliga moln, som utgör 99,99..% av alla moln, bildas i troposfären, luftlagret närmast marken. Det är här som allt väder händer. Men nattlysande moln bildas i ”mesopausen” nivån mellan mesosfären och termosfären.

Molnen bildas vanligen under sena våren och sommaren när luften närmast marken värms. Luftlagren högre upp kyls av och den ringa luftfuktighet som trots allt finns där kan kondensera till iskristaller. Det är inte helt självklart att beskriva temperaturen när lufttrycket är så lågt som där de nattlysande molnen finns, men det är kallt. Omkring -100°C.

De här luftlagren är i princip avskilt från väder, moln och alla annan cirkulation av vattenånga som till absolut övervägande del sker i troposfären. Nattlysande moln är de högsta molnslaget vi har.

De nattlysande molnen är mycket tunna, i princip genomskinliga och reflekterar bara en bråkdel av det infallande solljuset. Hur kraftigt de lyser/syns (brightness) definierar man på en 5-gradig skala där 1 är det svagaste och 5 det kraftigaste. 1:or är så svaga att man i princip måste veta att de finns där för att se dem. 5:or är så kraftiga att man lätt misstolkar dem för att vara vanliga moln. Molnen i går kväll/natt hade brightness 3.

De klassificeras även i olika typer beroende på form och struktur på molnen, men det blir lite för mycket att gå igenom i denna artikel. 🙂

Sannolikt har vi nattlysande moln i natt igen.

/Martin

PS. En annat bekant nivå är stratosfären där vi bland annat har ozonskiktet. Men ozonskiktet ligger på ca 35 km höjd, dvs bara halvvägs upp till de nattlysande molnen.

Ovanför de nattlysande molnen har vi i och för sig fenomenet norrsken (sydsken och eller sammanfattande namn polarsken) som inträffar på höjder mellan 90 och 200 km. Men det är inte moln utan elektriskt laddade partiklar från solen som fångas in av jordens magnetfält och kolliderar med tex syre och kväve varvid elektroner exciteras. När de faller tillbaka till sina normala energinivåer sänds ljus ut. Norrsken lyser med andra ord på riktigt eftersom det är ljus och inte moln som reflekterar ljus. DS.

Nobelpristagaren som räddade oss från ozonuttunning har avlidit

12 mars 2012

Martin Hedberg

Uncategorized

43 Comments

Professor F. Sherwood Rowland har avlidit vid en ålder av 84 år meddelar University of California.

Rowland var med och beskrev hur freon bryter ner ozonet i stratosfären. Han lade i och med detta grunden för att vi människor har undvikit en global katastrof. För upptäckten belönades han med Nobelpriset i kemi 1995 tillsammans med Mario Molina och Paul Crutzen.

Forskarna beskrev hur en enstaka kloratom kunde bryta ner hundratusentals ozonmolekyler i stratosfären. Samma ozon som skyddar livet på jorden från solens skadliga UV-strålar.

Rowland bidrog även till att fästa uppmärksamhet på de konsekvenser som skulle uppkomma till följd av fortsatta utsläpp av freoner. Han fick motstå mycket kritik, både på grund av eventuella ekonomiska konsekvenser för freonindustrin och till följd av att forskare tidigare hade visat att freon var väldigt stabilt och därmed antogs inte vara skadligt för miljön.

F. Sherwood Rowland. Foto: Nobelstiftelsen.

Att freon är stabilt var en del av problematiken, när de väl hade hamnat i stratosfären så blev de kemiska föreningarna kvar och fungerade tillsammans med partiklar och UV-strålning som katalysator för att bryta ner ozonet, molekyl för molekyl.

En av många fascinerande trådar i historien är att Rowland och hans kollegor arbetade intensivt med att varna för konsekvenserna av fortsatt obegränsat nyttjande av freon på basis av teorier och laboratorieexperiment.

De gjorde detta flera år innan man hade tillräckligt känsliga instrument för att med stor säkerhet mäta de förändringar som skedde i atmosfären. På 1970-talet fick man motstå mycket kritik. Tex sade DuPonts ordförande att teorierna bakom ozonnedbrytningen var: ”a science fiction tale…a load of rubbish…utter nonsense”.

Bakgrunden till uttalandet från DuPont och många andra anklagelser som Rowland och kollegorna fick motstå var inte baserade på fakta eller vetenskap, utan styrdes av särintressen. (Och paradoxalt nog gjorde inställningen hos förnekarna att de förlorade marknadsandelar eftersom de var långsammare än sina konkurrenter att utveckla mindre skadliga lösningar.)

I mitten av 1980-talet upptäckte forskare att ozonskiktet var onormalt tunt ovanför Antarktis. Det var då inte bara fråga om att man hade bättre instrument att mäta med. Ozonskiktet var så tunt att man till en början trodde att det handlade om mätfel eller felaktiga instrument.

Som ett resultat av forskarnas vetenskapliga arbeten och idoga arbete med att kommunicera sina resultat så skapades avtal där nationer enades om att begränsa utsläppen av freoner. Detta ledde senare fram till Montrealprotokollet.

Mänskligheten har Rowland, Molina och Crutzen (och många andra) att tacka för att vi undvikit ett av många globala, och antropogena (av människan skapade) hot. Hot mot såväl oss själva som stora delar av övrigt liv på planeten.

Under de senaste decennierna var Rowland engagerad i forskning kring människans påverkan på klimatsystemet och global uppvärmning.

Vid ett möte i Vita huset 1997 angående klimatförändringar sade Rowland:

“Isn’t it a responsibility of scientists, if you believe that you have found something that can affect the environment, to do something about it, enough so that action actually takes place?

If not us, who?

If not now, when?”

F. Sherwood Rowland dog i lördags den 10 mars 2012 i sitt hem i Californien, USA.

/Martin

Rekordtunt ozonskikt över oss

30 mars 2011

Martin Hedberg

Allmänt

6 Comments

Av Martin Hedberg

Ozonskiktet, dvs ozon uppe i stratosfären, skyddar oss från merparten av de skadliga UV-strålarna från solen. Men samtidigt har vi människor skapat och släppt ut freoner som är skadliga för ozonskiktet. Och freonerna stannar kvar lång tid i atmosfären.

Förbudet mot kemikalier som bryter ner ozonskiktet i stratosfären, Montrealprotokollet, brukar anges som ett av mänsklighetens stora bedrifter och framsteg när det gäller att hantera globala miljöproblem.

Men återbildande av stratosfäriskt ozon är ingen rak process med ett tydligt mål eller slutpunkt. Det är en fluktuerande och böljande process och vi kan inte luta oss tillbaka och betrakta saken som avgjord.

Just nu är det lägre ozonhalt över Arktis (dvs över oss här i norr) än vad som någonsin registrerats med instrument tidigare. Det rapporterar NASA. Vad det betyder för framtida ozonskikt är osäkert, men det finns i alla fall anledning till reflektion.

Ozonskiktet 19 mars 2010 respektive 2011 (NASA).

Bilden ovan visar situationen den 19 mars i år jämfört med år 2010. Länken nedan leder till en animering som jämför ozonskiktet mellan den 1 januari och 23 mars år 2010 respektive 2011.

Länk till animering hos NASA Earthobservatory.

Forskare från Alfred Wegener Institute rapporterar att ozonskiktet just nu bara är hälften så tjockt som det brukar vara så här års, detta uppmätt med 30 olika mätstationer. Dessa data bekräftar situationen som observeras med NASA:s satellit Aura.

Ozonskiktets dynamik är inte samma över Arktis som Antarktis. Hör i norr är det vanligt med stora variationer från år till år.

Globalt sett så håller ozonskiktet på att återväxa, men det kan trots det vara stora variationer från plats till annan och år till år. Det gör att UV-strålningen kan vara stor även här i Sverige.

/Martin