Otsonikato
Otsonikerroksessa havaitut muutokset > Helmiäispilvet ja polaaripyörre

Otsoniaukon syntymisen Maan napa-alueille selittää niin sanottu polaaripyörre: voimakas napa-alueita lännestä itään kiertävä tuulivirtaus, joka muodostuu talvisin lämpötilan laskiessa. Se eristää napojen ilmamassan muusta ilmakehästä estäen siten otsonin ja lämpimän ilman kulkeutumisen alemmilta leveysasteilta. Pohjoisen pallonpuoliskon polaaripyörre on eteläistä heikompi. Antarktinen polaaripyörre on hyvin vakaa, ja sen ilmamassa pysyy kylmänä. Pohjoisen pallonpuoliskon pyörre ei ole yhtä pysyvä, ja sen lämpötila voi kohota välillä selvästikin.
Pyörteen sisällä lämpötila laskee Auringon lämmittävän säteilyn puuttuessa hyvin alhaiseksi. Kun lämpötila laskee alle −78 asteen alkaa muodostua helmiäispilviä eli polaaristratosfääripilviä. Tällaiset olosuhteet ovat Etelämantereella 5–6 kuukautta ja Arktiksella 1–2 kuukautta. Otollista aikaa helmiäispilvien muodostumiseen on siis Etelämantereella lähes koko talven ajan, kun Artiksella sellaiset olosuhteet ovat vain noin 10–60 päivän ajan. Niin kauan kuin olosuhteet pysyvät tarpeeksi kylminä, pyörteen sisällä tapahtuu voimakasta otsonikatoa. Helmiäispilviä alkaa muodostua vähemmän ja samalla niissä syntyy vähemmän kloorimonoksidia, kun lämpötila alkaa nousta. Otsonikadon pahin vaihe ohitetaan Arktiksella yleensä tammikuun lopulla tai helmikuun alulla ja Etelämantereella lokakuun puolivälin tienoilla.
Helmiäispilvet muodostuvat pisaroista ja kiteistä, jotka ovat puolestaan muodostuneet rikkihaposta (H2SO4), typpihaposta (HNO3) ja vedestä (H2O). Helmiäispilvien vaikutus otsonikatoon on oleellinen. Helmiäispilvet jaetaan kahteen tyyppiin: tyypin I pilvet koostuvat typpihaposta ja vedestä ja tyypin II pilvet jääkiteistä. Keskeisiä helmiäispilvien muodostumiselle ovat rikkihappoaerosolit, jotka toimivat pilvien tiivistymisytiminä. Rikkihappoa muodostuu stratosfäärissä rikkidioksidista (SO2) ja karbonyylisulfidista (COS), joita kulkeutuu stratosfääriin Brewerin–Dobsonin kiertoliikkeen mukana tai suoraan tulivuorenpurkausten yhteydessä. Voimakkaat tulivuorenpurkaukset voivat siten voimistaa otsonikatoa huomattavasti tuomalla stratosfääriin rikkidioksidia ja aerosoleja: esimerkiksi vuonna 1991 tapahtunut Pinatubo-tulivuoren purkaus pahensi otsonikatoa keskileveysasteilla miltei kaksinkertaiseksi.
Helmiäispilvissä tapahtuu pintareaktioita, joissa pilvipartikkelit katalysoivat niin sanottuja varastoyhdisteitä valoherkiksi ja aktiivisiksi yhdisteiksi, kuten Cl2- ja ClNO2-yhdisteiksi. Keväällä Auringon valo muodostaa näistä klooria ja kloorimonoksidia, jotka tuhoavat tehokkaasti otsonia. Lisäksi helmiäispilvien pilvipartikkelit putoavat painovoiman takia jopa useita kilometriä kylmänä vuodenaikana, mikä poistaa paljon typpihappoa otsonikerroksen alueelta. Typpihappo on puolestaan typen oksidien tärkeä lähdeyhdiste. Kun oksidien määrä vähenee, erittäin reaktiivinen kloorimonoksidi ei sitoudu varastoyhdiste kloorinitraatiksi. Kloorimonoksidi säilyy kauemmin reaktiivisena ja aiheutta näin otsonin tuhoutumista.
Polaaripyörteen purkautumisen ajankohta vaikuttaa siihen, miten pahaksi sen sisällä tapahtuva otsonikato ehtii kehittyä. Talvella klooria vapautuu reserviyhdisteistä myös pohjoisilla napa-alueilla: polaaripyörteen sisällä kloorimonoksidin (ClO) pitoisuudet ovat havaintojen mukaan olleet jopa sata kertaa pyörteen ulkopuolisia pitoisuuksia suurempia. Pohjoisella pallonpuoliskolla otsonikatoa ei kuitenkaan ehdi syntyä nimenomaan siksi, että pyörre purkautuu siellä yleensä jo ennen maaliskuuta, jolloin auringon säteily alkaa voimistua alueella.
Helmiäispilviin liittyy myös otsonikadon ja kasvihuoneilmiön kytkeytyminen toisiinsa. Otsonikadon seurauksena stratosfäärin lämpötila laskee, sillä UV-säteilyn absorptiossa vapautuu energiaa ja otsonin vähetessä myös absorptio vähenee. Kylmemmissä olosuhteissa helmiäispilviä muodostuu enemmän ja otsonikato voimistuu entisestään. Samoin käy kasvihuoneilmiön lämmittäessä troposfääriä, jolloin stratosfääri jäähtyy.lähde?