Hur mäts ozon?

Det finns numera ett flertal metoder och instrument för att mäta ozonmängden, men en av de äldsta metoderna, som började användas på 1920-talet, används än idag.

Bakgrund

Ozon är en spårgas i atmosfären. med det menas att den finns bara i små mängder. Merparten, cirka 90%, av ozonet finns dessutom på hög höjd mellan 10 och 50 km över marken.
 
Om man samlar allt ozon från atmosfärens yttre gräns ned till jordytan till ett skikt av ren ozongas, vid det tryck och den temperatur som normalt råder där, så blir tjockleken 2-5 mm.

Denna sammanlagda mängd av ozon benämns totalozon och anges ofta i enheten DU (Dobson Unit). I genomsnitt är totalozonet omkring 350 DU över Sverige vilket motsvarar tjockleken 3,5 mm. Globalt sett är ozonskiktet tunnare nära ekvatorn ofta under 250 DU och tjockare på högre breddgrader vanligen mer än 300 DU.

Men det förekommer tillfällen då mängden ozon avviker kraftigt från det normala. Över Antarktis har till exempel värden lägre än 100 DU uppmätts, vilket beror på de speciella förhållanden som råder där, och över Nordamerika och östra Sibirien har värden uppemot 600 DU noterats.

Att ozonet till största delen befinner sig över 10 km höjd har gjort det svårt att mäta. Det går att skicka upp ballonger, vilket också görs, men för en regelbunden övervakning är det kostsamt.

Därför används vanligen fjärranalys, det vill säga ozonets effekt på strålning observeras från jordytan eller från rymden.
 

Ozonspektrofotometern

Mätningar av totalozon inleddes på tjugotalet på initiativ av G.M.B. Dobson. Han introducerade en spektrofotometer som i princip jämför intensiteten av två närliggande våglängder i den ultravioletta delen av solstrålningen. Den ena påverkas mer av absorption i ozonet än den andra.

Relationen mellan intensiteterna är direkt beroende av mängden ozon i atmosfären. Denna mätprincip används än idag och man har hedrat hans pionjärinsats genom att uppkalla den enhet som används för totalozon efter honom.

På uppdrag av Naturvårdsverket mäter SMHI totalozon med denna metod på två platser nämligen i Vindeln och i Norrköping. Mer detaljer om dessa mätningar och de resultat som kommit fram finns under länkar i högerspalten.

Instrument på satelliter

Sedan 1978 finns det instrument ombord på satelliter. De flesta av dessa instrument observerar UV-strålning från solen som har träffat jorden och åter reflekterats ut i rymden.

Ozonet i atmosfären påverkar den från jorden återutsända UV-strålningen, men det gör även moln, partiklar och jordytan. Därför krävs tämligen komplicerade beräkningar för att erhålla ett värde på mängden ozon.

Det har även funnits satellitbaserade instrument som har observerat den värmestrålning som jorden och dess atmosfär skickar ut. Eftersom ozonet är en växthusgas bidrar ozonet till denna strålning vid våglängder som är karakteristiska för ozonet.

Fördelen med satellitbaserade observationer är att de ger en oöverträffad bild av den geografiska fördelningen. Ett problem är att satelliterna har en begränsad livslängd och därför måste ersättas med nya.

Instrument på ballonger och flygplan

En mer direkt metod att mäta ozon är att skicka upp ballonger eller flygplan som bär på instrument, som direkt kan analysera luftens innehåll av ozon.

Detta sker genom att pumpa luft genom instrumentet där antingen kemiska eller optiska metoder används för analysen. 

Ballongerna eller flygplanen kan därmed mäta mängden ozon på olika höjder. Främst ballongsonderingar som görs regelbundet på några platser runt om i världen har givit mycket viktig information om ozonets vertikala fördelning.

Det ska nämnas att numera mäter även satelliter ozonets vertikala fördelning. Det sker genom att instrumentet på satelliten observerar hur strålningen förändras vid solens upp eller nedgång genom atmosfären.