3    Onderzoek naar wijzigingen in de ozonlaag Het onderzoek naar de ozonlaag gaat nog steeds voort. Hier volgen enkele voorbeelden van de gebruikte methoden en instrumenten om de ozonlaag te onderzoeken. 3.1    Metingen vanop de aarde De meest eenvoudige onderzoeksmethode is het gebruik van weerballonnen. Weerballonnen zijn ballonnen gevuld met helium. Ze zijn voorzien van een radiosonde die informatie verzamelt over de gassen in de atmosfeer. Deze informatie wordt met behulp van radiostralen naar de aarde gestuurd. Deze methode is echter duur, en zeer tijdrovend.

Vervolgens kunnen wetenschappers het spectrum van de zon bestuderen. In België en Nederland gebruikt men hiervoor de Brewer-spectrometer. Dit instrument is gebaseerd op het principe dat licht geabsorbeerd wordt door chemische gassen in de atmosfeer, dus ook door de ozonlaag. De grootte van de absorptie hangt af de golflengte van de onderzochte straling. De Brewer meet de intensiteit van een vijftal verschillende golven uit het ultraviolette spectrum (tussen 310 en 320 nanometer). Bij het berekenen van de dikte van de ozonlaag houdt men enkel rekening met het relatieve verschil in intensiteit van de golflengten. Hierdoor zijn de berekeningen zo min mogelijk beïnvloed door storingen in de atmosfeer en meetfouten van het instrument, want die zijn voor de vijf golflengten even groot. Wanneer het helder weer is en de zon direct invalt op het meettoestel is de meetfout ongeveer 2%, maar wanneer het bewolkt is kan de meetfout oplopen tot 10%. Het Brewer-instrument wordt sinds de jaren tachtig gebruikt en is de opvolger van de Dobson-spectrometer. De beide meettoestellen zijn op hetzelfde principe gebaseerd, maar de Brewer maakt gebruik van modernere technologieën. Een nadeel van deze instrumenten is dat ze alleen overdag gebruikt kunnen worden.

3.2    Satellietmetingen

Metingen met satellieten worden veelvuldig gebruikt. Hierbij worden de satellieten voorzien van meettoestellen die de ozonlaag meten. Het meten van de ozonlaag met behulp van satellieten is zeer belangrijk omdat het een overzicht geeft van hoe ozon verspreid is in de stratosfeer over de hele wereld. De TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) is een Amerikaans meetinstrument. De eerste TOMS werd reeds in 1978 gelanceerd. De TOMS was een van de eerste toestellen (aan boord van een satelliet) waarmee onderzoek werd verricht naar de ozonlaag. Het is een sensor die, op een gelijkaardige wijze als de Brewer, de ozonlaag in kaart brengt. De TOMS meet echter met welke intensiteit een zestal stralen met verschillende golflengte worden teruggekaatst door de atmosfeer. Aan de hand van de intensiteit van deze stralen kan men de dikte van de ozonlaag bepalen. Een tweede TOMS-instrument bevond zich op de Russische Satelliet, Meteor 3. Nadien werden nog vele TOMS-instrumenten gelanceerd.

Maar de concentratie van ozon kon ook met een ander instrument gemeten worden. De Amerikaanse organisatie North Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) die het klimaat en het weer bestudeert, ontwikkelde nog zo'n toestel: het SBUV (Solar Backscatter Ultraviolet )-instrument. Het instrument werd gelanceerd met de satellieten van de organisatie zelf: de NOAA-satellieten. Dit zijn polaire satellieten, dit wil zeggen dat ze een baan beschrijven die van pool tot pool gaat. Europa begon pas later met ozonmetingen vanuit de ruimte. Een eerste Europees instrument was de GOME, Global Ozone Monitoring Instrument. De GOME werd in 1995 gelanceerd in een ERS-2 satelliet. Een ERS(European Remote Sensing)-satelliet is een satelliet van de Europese Ruimtevaartorganisatie waarmee onderzoek wordt verricht naar het weer, het klimaat en het milieu. Het GOME-instrument is nu echter oud, en is aan zijn laatste levensjaren bezig. De SCIAMACHY (Scanning Imaging Absoption Spectrometer for Atomspheric Carthography) is een nieuwer instrument voor het onderzoek naar de ozonlaag. Het toestel werd ontwikkeld door Nederlandse, Duitse en Belgische onderzoekers. Het meet niet alleen de ozonlaag, maar ook een groot aantal andere atmosferische gassen, stofdeeltjes en wolken. Het apparaat werd in 2002 gelanceerd en zal nog tot 2010 metingen doen.

Het Ozone Monotering Instrument of OMI is het recentste in de ruimte gebracht meettoestel voor de ozonlaag. Het bevindt zich aan boord van de EOS Aura-satelliet (Earth Observation Satellite for Atmospheric Chemistry). Het OMI is een toestel van Nederlands-Finse makelij dat de meting van het TOMS-instrument zal overnemen. Het OMI heeft slechts een dag nodig om de volledige kaart van de atmosfeer te bepalen, in tegenstelling tot het TOMS-instrument dat daar drie dagen voor nodig heeft. De EOS Aura-satelliet die het instrument aan boord heeft vliegt zo'n 14 maal per dag rond de aarde, waarbij telkens een strook van 2600km in beeld wordt gebracht. Ook het OMI werkt met de weerkaatsing van zonlicht op de atmosfeer. Op basis van de hoeveelheid licht die wordt teruggekaatst berekent men de concentratie, verspreiding en hoogte van (broeikas)gassen worden bepaald. 3.3    Onderzoek met modellen Het gebruik van modellen is een zeer belangrijke methode om de ozonlaag te onderzoeken. Modellen worden vooral gebruikt om de toekomst te voorspellen, om te zien hoe de ozonlaag reageert op een verandering. Om een dergelijk model op te stellen hebben wetenschappers gegevens nodig. In een labo wordt veel van de nodige informatie experimenteel gemeten o.a. hoe lang het duurt om ozon te vormen. Zo kan worden vastgesteld dat dit proces afhankelijk is van de temperatuur, de druk, enz. Wanneer al deze informatie bekend is kan een onderzoeker een model opstellen. Een model is dan niets anders dan een wiskundige vergelijking: wanneer er zoveel zonlicht is, de temperatuur zoveel bedraagt, en de druk zo groot is, wordt er zoveel ozon gevormd met zo een grote snelheid. Een dergelijk model bestaat al sinds 1930. Met behulp van dat model werd o.a. berekend dat de grootste concentratie van ozon in de atmosfeer zich op grote hoogte boven het aardoppervlak moest bevinden, in een laag die wij nu de ozonlaag noemen. Maar wanneer men resultaten van dit model vergeleek met de resultaten van metingen op de grond zag men dat deze niet klopten. Er moesten meer reacties aan het model worden toegevoegd. Telkens wanneer men nieuwe gassen ontdekte waarvan men dacht dat ze een invloed konden hebben  op de productie of afbraak van ozon, werden nieuwe chemische reacties toegevoegd aan het model. Na een tijd waren dat zoveel reactie dat het onbegonnen werk was om deze vergelijking op papier uit te rekenen. Men begon de modellen met de computer uit te rekenen en de modellen werden nu computermodellen. Er worden nog steeds nieuwe elementen aan de modellen toegevoegd. Het blijft dan ook belangrijk om de resultaten van de modellen te vergelijken met de echte resultaten. Voor ozon is dit geen enkel probleem want de ozonlaag wordt constant in de gaten gehouden, maar voor andere gassen kan dit soms wel een problemen opleveren omdat de metingen van deze gassen schaars zijn. Daarom worden er soms meetcampagnes georganiseerd. Hierbij worden de andere gassen dan uitgebreid bestudeerd en gemeten. Met de nieuwe meetresultaten kunnen wetenschappers de modellen testen, uitzoeken of er iets ontbreekt of foutief is en dat dan aanpassen. Dankzij deze modellen weten we heel veel over de ozonlaag: het ontstaan en de ontwikkeling van het gat boven de zuidpool, en de kleinere gaatjes in de ozonlaag worden beter begrepen. Maar er zijn nog steeds fouten in de modellen waardoor metingen van de atmosfeer broodnodig blijven.