Dziura ozonowa
Dziura Ozonowa - zssplus.pl
Dziura Ozonowa - zssplus.pl
- No tags were found...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Dziura</strong> <strong>ozonowa</strong>
Czym jest dziura <strong>ozonowa</strong>?<br />
W atmosferze ziemskiej na wysokości od 10 do 50 km występuje warstwa o podwyższonej koncentracji ozonu (O3) -<br />
ozonosfera. Maksymalne stężenie ozonu utrzymuje się na wysokości ok. 23 km. Od końca lat 70 - tych obserwuje się<br />
znaczny spadek zawartości ozonu, szczególnie nad Antarktydą, w rejonie bieguna południowego. Zmniejszenie<br />
koncentracji ozonu w ozonosferze jest nazywane dziurą ozonową.
Powstawanie dziury ozonowej<br />
<strong>Dziura</strong> <strong>ozonowa</strong> powstaje wskutek niszczenia warstwy ozonowej przez związki chemiczne, zwane freonami.<br />
Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego freony ulegają fotolizie, w wyniku czego uwalniane zostają atomy<br />
chloru. Chlor wchodzi w reakcję z ozonem, tworząc równie aktywny tlenek chloru (ClO) oraz zwykły tlen (O 2<br />
).<br />
Następnie reakcja dwóch cząsteczek tlenku chloru prowadzi do powstania cząsteczki dwutlenku chloru (ClO 2<br />
) oraz<br />
uwolnienia kolejnego atomu chloru, który rozbija następne cząsteczki ozonu. Oprócz tego dwutlenek chloru może<br />
ulegać rozpadowi na atom chloru oraz dwuatomową cząsteczkę tlenu.<br />
Poniżej zamieściłem reakcje chemiczne zachodzące podczas niszczenia ozonu:<br />
Przedstawione powyżej reakcje przebiegają aż do całkowitego wyczerpania się cząsteczek ozonu lub do momentu<br />
usunięcia chloru wskutek innych reakcji chemicznych.<br />
Ocenia się, że roczne tempo spadku zawartości ozonu wynosi poniżej 0,2% w okolicach równika oraz od 0,4 do 0,8%<br />
w umiarkowanych szerokościach geograficznych. Jednak największe (i wciąż zwiększające się) tempo spadku ozonu<br />
stratosferycznego obserwuje<br />
się w rejonie bieguna południowego w okresie wczesnojesiennym (przełom września i października). W okresie 1987-<br />
92 całkowita zawartość ozonu stratosferycznego zmniejszyła się o ponad 50% w stosunku do zawartości z 1970 roku,<br />
kiedy to średnia październikowa wynosiła jeszcze 300D ( 1D [dobson] - jednostka używana do określania koncentracji<br />
ozonu, nazwana na cześć konstruktora przyrządów pomiarowych ).
Można zadać pytanie: dlaczego dziura <strong>ozonowa</strong> powstaje właśnie nad Antarktydą (na półkuli południowej), mimo że<br />
największa emisja gazów niszczących ozon występuje na półkuli północnej, na terenach najbardziej rozwiniętych i<br />
uprzemysłowionych. Oto mechanizm powstawania dziury ozonowej nad Antarktydą:<br />
Powietrze zanieczyszczone freonami, halonami i innymi gazami, na skutek różnic ciśnień zostaje wprawione w ruch i<br />
jest przenoszone na pewne odległości. Wraz z wielkoskalowymi prądami powietrznymi w atmosferze ziemskiej<br />
(wiatrami stratosferycznymi) masy zanieczyszczonego powietrza są następnie roznoszone po całej kuli ziemskiej.<br />
Obecnie freony występują nad całą powierzchnią kuli ziemskiej, nawet w miejscach tak odległych od<br />
uprzemysłowionych terenów (Europa, USA), jak Antarktyda. W okresie, kiedy na półkuli północnej rozpoczyna się<br />
pora wiosenna, nad Antarktydą zaczyna się noc polarna. Tworzy się wtedy regularny, stabilny, trwający pół roku wir,<br />
w którym powietrze krąży wokół bieguna południowego. Masy powietrza antarktycznego są wtedy całkowicie<br />
odizolowane od dopływu powietrza równikowego, zawierającego zawsze wysokie stężenie ozonu stratosferycznego.<br />
Reakcje niszczenia ozonu przez freony przebiegają szybciej, niż reakcje powstawania ozonu, zatem jego<br />
koncentracja wyraźnie ulega zmniejszeniu. W 1982 roku zaobserwowano kilkudniowy całkowity brak ozonu w<br />
dolnych warstwach stratosfery.<br />
Z przedstawionego powyżej mechanizmu powstawania dziury ozonowej można łatwo zauważyć, jak bardzo ważną<br />
rolę dla ludzkości spełniają lasy równikowe, które poprzez produkcję olbrzymich ilości tlenu atmosferycznego (O 2<br />
)<br />
umożliwiają powstawanie ozonu (O 3<br />
).
Gazy niszczące ozon<br />
Wśród gazów wywierających niszczący wpływ na warstwę ozonową największy udział mają freony, halony oraz tlenki<br />
azotu.<br />
Pod względem chemicznym freony (CFC) są pochodnymi chlorowcowymi węglowodorów nasyconych. W cząsteczce<br />
zawierają atomy chloru i fluoru, niekiedy również bromu. Powstają przez działanie fluorowodorem na<br />
halogenopochodne metanu lub etanu w obecności katalizatora - pięciochlorku antymonu. Niższe freony<br />
charakteryzują się znaczną prężnością pary w niskich temperaturach i wysokim ciepłem parowania. Ze względu na<br />
dużą pojemność cieplną mają znaczny udział w zwiększaniu się efektu cieplarnianego. Nie mają zapachu lub<br />
posiadają zapach eteru. Są bezbarwne i nietoksyczne. Znalazły zastosowanie w produkcji urządzeń chłodzących i<br />
klimatyzacyjnych oraz (obecnie coraz rzadziej) w produkcji kosmetyków i dezodorantów. Najbardziej znanymi i<br />
najczęściej używanymi freonami jest dichlorodifluorometan (CCl 2<br />
F 2<br />
), zwany freonem F-12 oraz<br />
dichlorotetrafluoroetan (C 2<br />
Cl 2<br />
F 4<br />
), zwany freonem F-114. Obecnie oblicza się, że w atmosferze znajduje się ponad 20<br />
mln ton freonów.<br />
Halony są pochodnymi fluorowcowymi metanu i etanu. Są nietoksycznymi gazami lub cieczami. Nie ulegają spalaniu.<br />
Stosowane są do produkcji gaśnic halonowych.<br />
Tlenki azotu powstają w ozonosferze głównie w wyniku spalania paliw przez silniki samolotów i rakiet. W znacznych<br />
ilościach tlenki azotu wydzielane są do ozonosfery również w wyniku wybuchów jądrowych.
Skutki niszczenia warstwy ozonowej<br />
Ozonosfera pochłania bardzo szkodliwe dla wszystkich żywych organizmów promieniowanie ultrafioletowe (UV) o<br />
długości fali poniżej 390 nm. Niszczenie warstwy ozonowej prowadzi do zmniejszania się efektywności pochłaniania<br />
promieni UV. W wyniku tego organizmy są narażone na zwiększone promieniowanie ultrafioletowe.<br />
Nadmiar promieni UV może doprowadzić do zakłócenia równowagi całych ekosystemów. Promieniowanie<br />
ultrafioletowe przenika wodę do kilku metrów wgłęb (w przypadku wód czystych nawet do kilkunastu metrów).<br />
Powoduje to zamieranie szczególnie wrażliwych organizmów roślinnych i zwierzęcych tworzących plankton.<br />
Konsekwencje tego są widoczne w następnych ogniwach łańcucha troficznego. Zmniejszy się więc występowanie ryb<br />
żywiących się planktonem oraz ryb drapieżnych.<br />
Promieniowanie ultrafioletowe wpływa również niekorzystnie na rośliny. Wśród roślin, które wykazują reakcję na<br />
promienie UV, ponad dwie trzecie gatunków jest na nie wrażliwe. Należy przy tym zaznaczyć, że są to głównie gatunki<br />
roślin uprawnych i przemysłowych.<br />
Zwiększenie się natężenia promieniowania ultrafioletowego na Ziemi odbije się z pewnością w gospodarce człowieka.<br />
Zmniejszenie liczebności populacji ryb na skutek zaniku planktonu doprowadzi do znacznie mniejszych połowów na<br />
określonym terenie. Ucierpi więc rybactwo i rybołówstwo. W wyniku niszczenia przez promienie UV chlorofilu roślin<br />
uprawnych (np. zbóż) zmniejszą się plony, a więc ucierpi rolnictwo.<br />
Promieniowanie ultrafioletowe może jednak negatywnie wpływać bezpośrednio na ludzi. Poprzez wytwarzanie<br />
pigmentów w skórze, człowiek tylko w niewielkim stopniu jest zdolny do obrony. Nadmierne promieniowanie UV<br />
może osłabiać u ludzi system immunologiczny i tym samym zmniejszać odporność na infekcje i choroby. Wśród<br />
chorób tych najgroźniejsze są z pewnością choroby nowotworowe, a szczególnie nowotwory skóry (np. czerniak).<br />
Ponadto promieniowanie ultrafioletowe powoduje podrażnienie spojówek, a przez to występowanie licznych chorób<br />
oczu, głównie zaćmy. Promienie UV powodują także przyspieszenie procesów starzenia się skóry.<br />
Jeśli do środowiska wciąż wydzielane będą freony i inne gazy niszczące ozon, to w niedalekiej przyszłości dziura<br />
<strong>ozonowa</strong> powiększy znacznie swój rozmiar i wkrótce pojawi się nad całą kulą ziemską. Nie będzie to już więc dziura<br />
<strong>ozonowa</strong>, ale całkowity zanik ozonu w atmosferze ziemskiej.
Ochrona warstwy ozonowej<br />
Już w 1971 roku dwóch chemików zauważyło i udowodniło niszczący wpływ freonów na warstwę ozonową atmosfery.<br />
Byli nimi prof. Sherwood Rowland i dr Mario Molina (laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie chemii z 1995 roku).<br />
Komisja do spraw ochrony środowiska ONZ zwróciła uwagę na to zjawisko dopiero w 1976 roku. Od tego czasu<br />
freony znalazły się na liście związków chemicznych niebezpiecznych dla środowiska naturalnego. Konkretne działania<br />
mające na celu niedopuszczenie do zmniejszania się warstwy ozonowej nad powierzchnią kuli ziemskiej zaczęto<br />
jednak podejmować dopiero od 1982 roku, kiedy to dr Joe Farman odkrył na Antarktydzie Zachodniej całkowity<br />
zanik ozonu w atmosferze. W 1987 roku w celu ochrony warstwy ozonowej z inicjatywy UNEP (Programu Ochrony<br />
Środowiska Narodów Zjednoczonych) 31 państw (w tym Polska) podpisało Protokół Montrealski. Zakładano w nim<br />
50 - procentowe ograniczenie produkcji freonów do 2000 roku w stosunku do wartości z 1986 roku. Od 1990 roku<br />
rzeczywiście obserwuje się zmniejszenie tempa wzrostu freonów w atmosferze - z 5% rocznie do mniej niż 3%.<br />
Ponadto 11 października 1990 roku Polska stała się członkiem Konwencji Wiedeńskiej w sprawie ochrony warstwy<br />
ozonowej, w myśl której zakazana jest produkcja freonów oraz import zagranicznych urządzeń chłodzących<br />
zawierających freony. Można więc mówić o znacznym wzroście świadomości władz i społeczeństwa, co jest<br />
pocieszającym zjawiskiem. W produkcji kosmetyków i dezodorantów nie stosowane są już praktycznie freony, a jako<br />
nośniki używane są inne, nieszkodliwe dla środowiska gazy - propan i butan. Kosmetyki te oznaczane są jako "CFC<br />
frez" lub "ozon friendly" (przyjazne ozonowi). Także nowoczesne lodówki i chłodziarki są urządzeniami<br />
bezfreonowymi.<br />
Jednak pomimo wszelkich działań mających na celu niedopuszczenie do dalszej emisji freonów i halonów, w ciągu<br />
najbliższych kilkudziesięciu lat nie stanie się możliwe odbudowanie warstwy ozonu nawet do grubości sprzed 20 laty.
Ziemia posiada atmosferę o grubości ponad<br />
1000 kilometrów. Atmosfera zawiera masy<br />
powietrza, które zatrzymują i magazynują<br />
ciepło pochodzące ze słońca pod postacią<br />
promieniowania podczerwonego.<br />
Podwyższenie temperatury powierzchni Ziemi<br />
będące skutkiem zatrzymywania energii<br />
słonecznej przez gazy cieplarniane nazywane<br />
jest efektem cieplarnianym lub<br />
"szklarniowym".<br />
Czym jest efekt cieplarniany?