Gordon Miller Bourne Dobson

Gordon Miller Bourne Dobson

25. 2. 1889–10. 3. 1976

Britský fyzik a meteorolog, průkopník pozemního měření atmosférického ozónu, tvůrce Dobsonova spektrofotometru a jedné z nejdůležitějších jednotek pro popis ozónové vrstvy.

Gordon Miller Bourne Dobson CBE FRS patřil k experimentátorům, kteří proměnili studium ozónu z jednotlivých pozorování v dlouhodobé a srovnatelné měření atmosféry. Jeho přístroje a měřicí metoda umožnily sledovat celkový sloupec ozónu nad různými místy Země, porovnávat sezonní změny a později také rozpoznat mimořádný úbytek ozónu nad Antarktidou.

Vzdělání a začátek kariéry

Gordon Dobson se narodil 25. února 1889 ve Windermere v severozápadní Anglii. Studoval na Gonville and Caius College na Cambridgeské univerzitě, kde v roce 1909 vynikl v přírodovědném studiu (Natural Sciences Tripos).

V roce 1913 se stal instruktorem meteorologie na Central Flying School. V letech 1916–1918 pracoval v Royal Aircraft Establishment ve Farnborough, kde se podílel na leteckém výzkumu. Spolupracoval také s Frederickem Lindemannem, pozdějším lordem Cherwellem, mimo jiné na raných pokusech s automatickým řízením letadel.

Meteorologie a stratosféra

V roce 1921 byl Dobson jmenován lektorem meteorologie na Oxfordské univerzitě. V roce 1923 získal titul D.Sc. (Oxon). Roku 1927 se stal reader meteorologie a tuto funkci zastával do roku 1950. V letech 1937–1956 byl členem Merton College v Oxfordu.

Dobsona zajímalo, proč má stratosféra teplotní strukturu odlišnou od troposféry. Usoudil, že zásadní roli hraje pohlcování ultrafialového slunečního záření ozónem. Proto začal systematicky měřit množství ozónu ve sloupci atmosféry a sledovat jeho změny podle místa, roční doby a meteorologické situace.

Dobsonův spektrofotometr

První měření ozónu prováděl Dobson ve 20. letech pomocí fotografických metod. Ty však byly pomalé a pro pravidelná srovnávací měření nepraktické. Proto ve druhé polovině 20. let vyvinul fotoelektrický přístroj známý jako Dobsonův spektrofotometr.

Přístroj porovnává intenzitu ultrafialového slunečního záření ve vybraných vlnových délkách. Jedna dvojice vlnových délek je ozónem pohlcována silněji, druhá slaběji. Z poměru intenzit lze po korekcích na dráhu světla atmosférou vypočítat celkové množství ozónu nad stanicí.

Dobsonův spektrofotometr se stal standardem pozemního monitoringu ozónu. Jeho zdokonalené verze se dodnes používají v mezinárodních sítích, často spolu s Brewerovými spektrofotometry.

Mezinárodní měření ozónu

V letech 1928–1929 Dobson organizoval měření v různých zeměpisných šířkách, mimo jiné v Anglii, Švýcarsku, Kalifornii, Egyptě, Indii a na Novém Zélandu. Tato pozorování ukázala, že celkové množství ozónu není stálé: mění se se sezonou, zeměpisnou šířkou i synoptickou situací.

Na začátku 30. let se Dobson věnoval také znečištění ovzduší a v letech 1934–1950 předsedal výboru pro znečištění atmosféry. Během druhé světové války studoval vlhkost ve stratosféře; jeho práce souvisela mimo jiné s určováním výšky letu letadel a s porozuměním kondenzačním stopám.

V roce 1956 odešel z Oxfordu, ale výzkumu atmosférického ozónu se věnoval i na odpočinku. Poslední článek publikoval v roce 1973. Gordon Dobson zemřel 10. března 1976 v Goringu ve věku 87 let.

Dobsonova jednotka (DU)

Na Dobsonovu počest je pojmenována Dobsonova jednotka (značka DU, anglicky Dobson Unit). Udává celkový sloupec ozónu, tedy vertikálně integrované množství atmosférického ozónu nad daným místem.

Definice: 1 DU odpovídá vrstvě čistého ozónu o tloušťce 0,01 mm při standardních podmínkách (0 °C, 101 325 Pa). Stejnou hodnotu lze vyjádřit jako přibližně 2,687 × 1016 molekul O3·cm−2.

Typická hodnota celkového ozónu nad středními zeměpisnými šířkami bývá zhruba 300–350 DU. Pro mapování antarktické ozónové díry se často používá hranice 220 DU; nejde o obecnou fyzikální definici ozónové díry, ale o praktické kritérium pro výrazně zeslabený sloupec ozónu nad Antarktidou.

Dobson v praxi

Dobsonova jednotka se používá především v meteorologii, atmosférické chemii a klimatologii. Umožňuje jednoduše porovnat, kolik ozónu je ve sloupci atmosféry nad různými stanicemi nebo oblastmi Země.

Například hodnota 300 DU znamená, že kdyby se všechen ozón ze sloupce atmosféry nad daným místem stlačil k povrchu při standardních podmínkách, vytvořil by vrstvu silnou 3 mm. Hodnota 150 DU by odpovídala vrstvě 1,5 mm. Takový zápis je názorný, i když skutečný ozón je rozptýlen hlavně ve stratosféře.

Dlouhé řady měření v DU jsou důležité pro sledování změn ozónové vrstvy, pro kontrolu družicových měření a pro vyhodnocování účinnosti mezinárodních opatření na omezení látek poškozujících ozón.

Brewerova–Dobsonova cirkulace

Dalším Dobsonovým eponymem je Brewerova–Dobsonova cirkulace. Jde o dlouhodobou meridionální cirkulaci stratosféry, v níž vzduch v tropech vystupuje, ve stratosféře se přesouvá směrem ke středním a vyšším šířkám a tam postupně klesá.

Tento model pomáhá vysvětlit, proč se ozón, který vzniká fotochemicky převážně v tropické stratosféře, může hromadit i ve vyšších zeměpisných šířkách. Název připomíná práci Alana Brewera z roku 1949 a Dobsonova dlouhodobá měření ozónu.

Kontext: ozónová díra

Dobsonovy přístroje, jednotka DU a dlouhé pozorovací řady vytvořily důležitý základ pro pozdější výzkum ozónové díry. Výrazný jarní úbytek ozónu nad Antarktidou popsali v roce 1985 Joseph Farman, Brian Gardiner a Jonathan Shanklin z British Antarctic Survey.

Historická měření umožnila odlišit mimořádný úbytek ozónu od běžné přirozené proměnlivosti. Následný výzkum prokázal souvislost s chlorofluorouhlíky a dalšími látkami poškozujícími ozónovou vrstvu. Montrealský protokol z roku 1987 zavedl mezinárodní regulaci a postupné vyřazování těchto látek, včetně CFC.

Ocenění a uznání

Dobsonův hlavní přínos spočívá v tom, že pro ozónovou vrstvu vytvořil prakticky použitelný měřicí systém: přístroj, jednotku, metodiku a mezinárodní srovnatelná data. Tím významně ovlivnil meteorologii, atmosférickou chemii i pozdější environmentální politiku.

Časté otázky

Co přesně měří Dobsonova jednotka?
Dobsonova jednotka (DU) udává celkové množství ozónu ve sloupci atmosféry nad daným místem. 1 DU odpovídá vrstvě čistého ozónu silné 0,01 mm při 0 °C a tlaku 101 325 Pa. Hodnota 300 DU tedy odpovídá vrstvě 3 mm, pokud by byl všechen ozón stlačen k povrchu.
Co je Dobsonův spektrofotometr?
Je to pozemní optický přístroj pro měření celkového ozónu. Porovnává intenzitu ultrafialového záření ve dvojicích vlnových délek, které ozón pohlcuje různě silně. Z rozdílu pohlcení se po korekcích vypočítá množství ozónu ve sloupci atmosféry.
Jak Dobsonova práce přispěla k odhalení ozónové díry?
Dobson zavedl standardizované měření a přispěl k vytvoření dlouhých řad pozemních pozorování. Díky nim bylo možné rozpoznat, že jarní úbytek ozónu nad Antarktidou není běžná variabilita, ale mimořádný trend vyžadující chemické vysvětlení.
Co znamená hranice 220 DU?
Hodnota 220 DU se často používá jako praktická hranice pro mapování antarktické ozónové díry. Nejde o univerzální fyzikální mez, ale o konvenční prahovou hodnotu pro výrazně zeslabený ozónový sloupec nad Antarktidou.
Co je Brewerova–Dobsonova cirkulace?
Je to model dlouhodobého proudění ve stratosféře. Vzduch vystupuje v tropické oblasti, proudí ke středním a vyšším šířkám a tam klesá. Tento transport pomáhá vysvětlit rozložení ozónu v atmosféře.

Další informace

Časté překlepy a varianty hledání: Dobsson, Dobson unit, Dobsonova jednotka, dobsonova jednotka, G. M. B. Dobson.

Pojmenováno po Dobsonovi

Související