A fizikatanítás pedagógiája című felsőoktatási tankönyv(letölthető ...

300 pm-rel, az O 3 molekula mérete 700 pm-rel közelíthető. A gerjesztéshez szükséges foton hullámhosszát a k = 1
kvantumszámú állapotban lévő elektronra kiszámolva az O 2 molekula 60 nm-es hullámhosszúságú, míg az O 3 molekula
320 nm-es hullámhosszúságú fotonnal gerjeszthető. Ez utóbbi körülbelül az UV-B hullámhossztartományban van.
Milyen károsodásokat okoznak a rövid hullámhosszúságú, vagyis nagy energiájú UV fotonok az élő szervezetben?
A molekulákban a kötő állapotban lévő elektronok nagyobb térrészt foglalnak el, hullámhosszuk nagyobb, mint az
atomban. Ezért már alacsonyabb energiával gerjeszthetők. Összehasonlításként a H atom 1,6 aJ energiával gerjeszthető,
amely 128 nm-es hullámhosszúságú foton energiájának felel meg. Ionizációs energiája 2,2 aJ, ami 100 nm-nél kisebb
hullámhossznak felel meg. A molekulák kötéseinek megbontásához viszont már 0,6 aJ energia is elegendő, vagyis a
kemény UV sugárzás szétroncsolja az élet számára fontos szerves molekulákat.
Azok a kémiai változások járnak a legdrámaibb eredménnyel, amelyek a sejtek örökítőanyagát, a DNS-t érintik. A
nagyenergiájú fotonok nemcsak kötéseket képesek megszüntetni, hanem előidézhetik újak kialakulását is. Így
létrejöhetnek a láncon belül és a láncok között a timinekből timin-dimerek, amelyek normál körülmények közt nem
léteznek a DNS-ben. Ez természetesen zavart okoz a sejtosztódás során, vagyis hibás sejtek sora keletkezhet. Ez azért is
veszélyes, mivel nem csak az eredeti sejt nem tudja az adott DNS szakasz által kódolt fehérjét többé előállítani, de az
utódsejtek sem. Ez ad lehetőséget az UV sugárzás károsító hatásának vizsgálatára, amelynek célja az egészségi
kockázat becslése és annak előrejelzése. A tömegtájékoztató eszközök, TV, Rádió, újságok közlik velünk az UV
sugárzás szintjét és annak veszélyességi fokát a nyári hónapokban, hiszen lényeges tudnunk, hogy mennyi időt
tölthetünk a napon.
Az előrejelzéshez bakteriofágokat használnak. Ezek olyan vírusok, amelyek baktériumba jutva fejtik ki hatásukat,
életjelenséget csak a baktériumban mutatnak. A leggyakrabban használt bakteriofág a T7 fág. DNS molekulája 80 000
bázist tartalmaz. Az UV sugárzás hatására a keletkezett dimérek annak a génnek funkcióját lehetetlenné teszik,
amelynek a kódolásában a találatot szenvedett bázis részt vesz. Jól megválasztott fág esetében egyetlen UV foton a fág
pusztulását okozza. Mivel életjelenséget csak saját gazdabaktériumában fejt ki, életképessége így ellenőrizhető. A
vizsgálat során a fágokat kiteszik meghatározott időre a napra, majd megvizsgálják, hogy közülük mennyi marad
életképes. Ebből lehet következtetni az UV sugárzás erősségére.
Az ózon a sztratoszférában keletkezik, elsősorban a tropikus övben, majd onnan áramlik szét a Föld teljes felszíne fölé.
Koncentrációja 20 km-es magasságban a legnagyobb. Mennyiségét a napfény abszorbciós spektrumából határozzák
meg Dobson egységben. Az 1 Dobson 10 5 Pa nyomáson 0,01 mm vastag ózon-rétegnek felel meg. A légkör átlagos
ózontartalma körülbelül 300 Dobson egység. Ózonlyuk, szó szerint értelmezve nem létezik, hanem a Föld egyes
területei fölött kialakuló vékonyodásról van szó. Az 1990-es években az Antarktiszon 200 Dobson körüli értékeket
mértek.
Miért van veszélyben az "ózonpajzs"?
Az ózon bomlását, a kialakult stacionárius állapot megbomlását a freonok okozzák. Ezek olyan molekulák, amelyek
szerkezetüket tekintve hasonlóak a telített szénhidrogénekhez, de a hidrogén atomok helyett halogénatomok vannak,
klór, illetve fluor. Ezek rendkívül stabil molekulák a Föld felszínén. Spray-dobozok hajtógázaként, hűtőgépek
légkondicionálók munkaközegeként, teflonbevonatok fő alkotórészeként alkalmazzák. Természetes forrásuk nincs. A
légkörbe kikerülve, majd felkerülve a sztratoszférába a Nap UV sugárzása megbontja az egyébként erős kémiai
kötéseiket, aminek hatására rendkívül reakcióképessé válnak. Például a magányos klóratomok úgy lépnek reakcióba az
ózonmolekulával, és a folyamat terméke a szintén jelenlévő egyatomos oxigénnel, hogy a folyamat végén a klóratom
újból „rendelkezésre áll”, vagyis tovább rombolhatja az ózonmolekulákat. A legfontosabb egyenletek a következők:
Cl + O 3 ClO + O 2 , és ClO + O Cl + O 2 .
Egyetlen freon molekulából felszabadult Cl atom akár 100000 ózon molekula bomlását is katalizálhatja.
3.7.3. Az energia- és nyersanyag-források kimerülése
Ellentmondásosnak tűnhet az energia megmaradásának törvénye azzal, hogy energiaválságról beszélünk, illetve az
energiával való takarékosságra buzdítjuk az embereket. Igaz, hogy az energia megmarad, de a termodinamika második
főtétele értelmében felhasználás közben egy része szétszóródik a környezet sok szabadsági fokára. Vagyis az
energiaátalakítás hatásfoka mindig kisebb, mint 1.
Mit értünk azon, hogy energiahordozó?
Egy felemelt test esetében azt mondjuk, hogy gravitációs helyzeti energiája van. Ezt használjuk ki a vízierőművek
esetében, a folyóvíz gravitációs helyzeti energiáját „csapoljuk meg”. Az anyagszerkezetben tárolt energiából akkor
tudunk jelentős mennyiséget felszabadítani, ha apoláros molekulát polárossá alakítunk át. A különböző tüzelőanyagok,
a szén, az olaj, a földgáz elégetésekor ezt használjuk ki. Az atomerőművekben a nukleáris kölcsönhatás által tárolt
energiát „csapoljuk meg”, nagy rendszámú elemek (urán 235) atommagjait kettéhasítva. Az energia átalakítása során a
fent említett anyagok fogynak. Nem állnak korlátlan mértékben rendelkezésünkre.
93