Nevidljivi štit Zemlje: priča o ozonu i zašto je život na kopnu uopće moguć
Dvadesetak do trideset kilometara iznad naših glava nalazi se nevidljivi sloj plina bez kojeg danas nikako ne bismo mogli sjediti vani i uživati na suncu. Taj sloj zove se ozonski omotač, a njegova priča počinje prije više od dvije milijarde godina.
Veliki oksidacijski događaj: kako je Zemlja dobila kisik
Zamislite Zemlju prije otprilike dvije i pol milijarde godina. Nebo vjerojatno nije bilo plavo, nego narančasto, prepuno metana i ugljikovog dioksida. U oceanima su živjele samo jednostanične bakterije, uglavnom one kojima kisik nije bio potreban — čak im je bio otrovan. Onda se dogodila prava revolucija. Jedna skupina bakterija, cijanobakterije, naučila je koristiti sunčevu svjetlost i vodu za proizvodnju hrane — to je fotosinteza. No, kao "otpad" su ispuštale kisik. I tako su milijunima godina polako punile atmosferu plinom koji je za tadašnji život bio smrtonosan. Prije otprilike 2,4 do 2,0 milijarde godina koncentracija kisika prvi je put ozbiljno porasla. Taj događaj zovemo veliki oksidacijski događaj. Zanimljivo je da to nije bio jedan nagli skok, nego proces pun uspona i padova — kisik je u atmosferi "pulsirao" milijunima godina prije nego što se konačno stabilizirao.
Kako znanstvenici to znaju? Proučavanjem izotopa sumpora u drevnim stijenama. Kada u atmosferi nema kisika, sumporov dioksid iz vulkana pod djelovanjem UV zračenja ostavlja poseban "potpis" u stijenama. Čim se pojavi i najmanja količina kisika, taj potpis nestaje. Tako možemo čitati povijest atmosfere kao iz knjige — samo što su stranice napravljene od kamena.
Zašto je ozon ključan za život na kopnu?
Kisik u atmosferi nije samo omogućio disanje. On je napravio još nešto važno. U gornjim slojevima atmosfere, stratosferi, UV zračenje razbija molekule kisika (O₂) na pojedinačne atome. Ti se atomi spajaju s drugim molekulama kisika i nastaje ozon (O₃). Tako se stvorio ozonski omotač.
Zašto je to tako važno? Sunce emitira ultraljubičasto (UV) zračenje, a ono je opasno jer razbija molekule DNA — upravo onu uputu za život koja se nalazi u svakoj stanici. Ozon djeluje kao prirodni filter: upija najveći dio opasnog UV zračenja i propušta ga samo malo do površine.
Prije nego što se ozonski omotač formirao, život je praktički bio zatvoren u oceanima. Voda upija UV zračenje, pa je more bilo sigurno sklonište. Tek kada je ozon postao dovoljno debeo, organizmi su mogli izaći na kopno — i to je jedan od najvažnijih trenutaka u povijesti života. Bez ozona ne bi bilo ni biljaka ni životinja na kopnu, pa tako ni nas.
Kako smo gotovo uništili vlastiti štit
Sad dolazimo do upozorenja. U 20. stoljeću ljudi su izumili klorofluorougljike, zlpglasne CFC-e, plinove koji su se koristili u hladnjacima, raspršivačima i klima-uređajima. Ti su plinovi bili izuzetno korisni, ali i izuzetno opasni. Naime, toliko su stabilni da se ne razgrađuju u nižim slojevima atmosfere, nego se penju sve do stratosfere.
Tamo ih UV zračenje razbije i oslobodi atome klora. Jedan jedini atom klora može uništiti više od sto tisuća molekula ozona! Godine 1985. znanstvenici su iznad Antarktika otkrili golemu ozonsku rupu — područje gdje je ozona gotovo nestalo. Svijet se uznemirio jer je shvatio da smo vlastitim izumima počeli bušiti rupu u štitu koji nas štiti od Sunca.
Srećom, reakcija je bila brza. Godine 1987. donesen je Montrealski protokol, međunarodni sporazum koji je zabranio CFC-e. Danas se ozonski omotač polako oporavlja, ali trebat će desetljeća da se vrati na staro stanje. Ovo je jedna od rijetkih velikih ekoloških priča s dobrim, sretnim završetkom i pokazuje da se zajedničkim djelovanjem može popraviti šteta i da metode zaštite daju rezultate kada ih se svi pridržavamo na globalnoj razini.
Kako znanstvenici mjere UV zračenje iz prošlosti?
Možda se pitate: kako možemo znati koliko je UV zračenja bilo prije milijuna godina? Jedan od načina je genijalan. Znanstvenici su se dosjetili da možemo koristiti mutacije u sjemenkama i peludi kao svojevrsne "dozimetre".
UV zračenje oštećuje DNA, a to oštećenje može se vidjeti kao mutacije: kromosomski mostovi, zaostali kromosomi, mikronukleusi i slične promjene. Znanstvenici uzmu sjemenke (npr. riže, uljane repice ili bundeve) i izlože ih poznatim dozama UV zračenja. Zatim ih zasade i promatraju kako se potomstvo razvija, mijenja li se boja cvijeta, oblik lista, brzina rasta.
Kada znaju koliko mutacija izaziva koja doza UV zračenja, mogu "pročitati" koliko je zračenja bilo u nekom davnom razdoblju ili na nekom mjestu (primjerice na velikim nadmorskim visinama). Osim toga, analiziraju se i specifični oštećeni dijelovi DNA, poput ciklobutanskih pirimidinskih dimera CPD. To su "ožiljci" koje UV zračenje ostavlja na molekuli DNA. Što ih je više, to je zračenje bilo jače.
Priča o ozonu uči nas nekoliko važnih stvari:
Zemlja se mijenja kroz povijest pod utjecajem živih organizama a s njome i njena atmosfera.
Ozon je ključan za život na kopnu i bez njega bismo svi ostali u oceanima, ili nas uopće ne bi bilo.
Ljudi mogu naštetiti, ali i popraviti taj zaštitni nevidljivi plinski omotač. Ozonska rupa dokaz je da problemi postoje, ali i da se znanošću i suradnjom mogu riješiti.
Znanost nam daje alate da razumijemo prošlost i predvidimo budućnost od izotopa u kamenju do mutacija u sjemenkama.
Stoga promislite. Svaki puta kada udahnete, udišete dio priče o kisiku stare milijunima godina koju su započeli jednostanični, primitivni organizmi, a koju pričaju svi aerobni organizmi svojim postojanjem do dana današnjeg, uključujući i Vas čitaće ovog teksta.