Vedeti je, kaj je to, kakšni plini vplivajo in kdaj naj se ozonska plast obnovi

Kaj je ozonska plast? To je zelo pomembno vprašanje za vse, ki se ukvarjajo z zdravjem planeta Zemlja in s tem tudi našega. Da bi najprej odgovorili nanj, morate razumeti, kako delujejo nekateri osnovni procesi v ozračju.

Eden glavnih okoljskih problemov, povezanih s kemijo in onesnaževanjem zraka, je izčrpavanje (ali razgradnja) ozonskega plašča. Verjetno ste že slišali za to. Ozonska plast, kot že ime pove, je plast zemeljske atmosfere, ki vsebuje visoke koncentracije ozona (O3). Najvišja koncentracija se nahaja v stratosferi, približno 20 do 25 km oddaljeni od zemeljskega površja. Vrhunec teh koncentracij je na visokih zemljepisnih širinah (polov), najnižji pa v tropskih regijah (čeprav je stopnja proizvodnje O3 v tropih višja).

Kot je bilo že rečeno v našem članku "Ozon: zlobnež ali dober fant?", Je ta plin lahko izjemno pomemben in bistven za življenje na Zemlji ter zelo strupeno onesnaževalo. Vse je odvisno od atmosferske plasti, v kateri je. V troposferi je zlobnež. V stratosferi dober fant. V tej zadevi bomo govorili o stratosferskem ozonu, opozorili na njegove funkcije, njegov pomen, kako se je razgradil in kako to preprečiti.

Funkcije

Stratosferski ozon (dobri moški) je odgovoren za filtriranje sončnega sevanja na nekaterih valovnih dolžinah (absorbira vse ultravijolično B-sevanje, imenovano UV-B in del drugih vrst sevanja), ki lahko povzroči nekatere vrste raka, saj je najslabši je melanom. Ima tudi funkcijo, da Zemljo ogreva in preprečuje, da bi se vsa toplota, oddana na površini planeta, razpršila.

Kaj je ozonska plast?

Ozonska plast, kot smo že omenili, je plast, ki koncentrira približno 90% molekul O3. Ta plast je bistvena za življenje na zemlji, saj ščiti vsa živa bitja s filtriranjem ultravijoličnega sončnega sevanja tipa B. Ozon se obnaša različno glede na nadmorsko višino, na kateri je. Leta 1930 je angleški fizik Sydnei Chapman na štirih korakih opisal procese proizvodnje in razgradnje stratosferskega ozona: fotoliza kisika; proizvodnja ozona; poraba ozona I; poraba ozona II.

1. Fotoliza kisika

Sončno sevanje udari molekulo O2 in loči njena dva atoma. To pomeni, da v tej prvi fazi kot produkt dobimo dva prosta atoma kisika (O).

2. Proizvodnja ozona

V tem koraku vsak prosti kisik (O), ki nastane v fotolizi, reagira z molekulo O2 in kot produkt dobi molekule ozona (O3). Ta reakcija poteka s pomočjo atoma ali molekule katalizatorja, snovi, ki omogoča hitrejšo reakcijo, vendar brez aktivnega delovanja in brez vezave na reagente (O in O2) ali produkt (O3).

Koraka 3 in 4 prikazujeta, kako je mogoče razgraditi ozon na različne načine:

3. Poraba ozona I

Ozon, ki nastane v proizvodni fazi, se nato z delovanjem sončnega sevanja (kadar je v prisotnosti valovnih dolžin od 400 nanometrov do 600 nanometrov) znova razgradi v molekuli O in O2.

4. Poraba ozona II

Drugi način razgradnje ozona (O3) je reakcija s prostimi atomi kisika (O). Na ta način se bodo vsi ti kisikovi atomi rekombinirali in kot produkt ustvarili dve molekuli kisika (O2).

Toda kaj potem, če se ozon proizvaja in razgrajuje, kaj ohranja ozonski plašč? Da bi odgovorili na to vprašanje, moramo upoštevati dva pomembna dejavnika: hitrost nastajanja / uničenja molekul (hitrost, s katero se proizvajajo in uničujejo) in njihovo povprečno življenjsko dobo (čas, potreben za zmanjšanje koncentracije nekaterih spojin na polovico začetna koncentracija).

Glede hitrosti proizvodnje / uničenja molekul je bilo ugotovljeno, da sta koraka 1 in 4 počasnejša od koraka 2 in 3 postopka. Ker pa se vse začne na stopnji fotolize kisika (stopnja 1), lahko rečemo, da je od tega odvisna koncentracija ozona, ki se bo ustvaril. To potem pojasnjuje, zakaj koncentracija O3 upada na nadmorski višini nad 25 km in na nižji nadmorski višini; na nadmorski višini nad 25 km se koncentracija O2 zmanjša. V spodnjih atmosferskih plasteh prevladujejo daljše valovne dolžine, ki imajo manj energije za razgradnjo molekul kisika in tako zmanjšajo stopnjo njihove fotolize.

Kljub velikemu odkritju teh korakov bi, če bi upoštevali le te postopke uničenja, dobili vrednosti koncentracije O3 dvakrat večje od tistih, ki jih opazimo v resnici. To se ne zgodi, ker poleg prikazanih korakov obstajajo tudi nenaravni cikli čiščenja ozona, ki jih povzročajo snovi, ki tanjšajo ozonski plašč (SDO): izdelki, kot so halon, ogljikov tetraklorid (CTC), hidroklorofluoroogljik (HCFC), klorofluoroogljikovodik (CFC) in metilbromid (CH3Br). Ko se spustijo v ozračje, se preselijo v stratosfero, kjer se z UV-sevanjem razgradijo in sprostijo atome brez klora, ki nato pretrgajo ozonsko vez in tvorijo klorov monoksid in plin v kisiku. Nastali klorov monoksid bo spet reagiral z atomi brez kisika,tvorijo več atomov klora, ki bodo reagirali s kisikom itd. Ocenjuje se, da lahko vsak atom klora v stratosferi razgradi približno 100 tisoč molekul ozona in ima življenjsko dobo 75 let, vendar je že dovolj razelektritve, da lahko skoraj 100 let reagira z ozonom. Poleg reakcij z vodikovimi oksidi (HOx) in dušikovimi oksidi (NOx), ki reagirajo tudi s stratosferskim O3, ga uničijo in prispevajo k razgradnji ozonske plasti.Poleg reakcij z vodikovimi oksidi (HOx) in dušikovimi oksidi (NOx), ki reagirajo tudi s stratosferskim O3, ga uničijo in prispevajo k razgradnji ozonske plasti.Poleg reakcij z vodikovimi oksidi (HOx) in dušikovimi oksidi (NOx), ki reagirajo tudi s stratosferskim O3, ga uničijo in prispevajo k razgradnji ozonske plasti.

Spodnji graf prikazuje zgodovino uživanja SDO v Braziliji:

Kje so snovi, ki tanjšajo ozonski plašč, in kako se jim izogniti?

CFC

Klorofluoroogljikovodiki so sintetizirane spojine, ki jih tvorijo klor, fluor in ogljik in se pogosto uporabljajo v več postopkih - glavni so navedeni spodaj:

• CFC-11: uporablja se v proizvodnji poliuretanskih pen kot ekspandirno sredstvo, v aerosolih in zdravilih kot pogonsko gorivo, v gospodinjskih, komercialnih in industrijskih hladilnikih kot tekočina;
• CFC-12: uporablja se v vseh postopkih, v katerih se uporablja CFC-11, in tudi v mešanici z etilen oksidom kot sterilizator;
• CFC-113: uporablja se v preciznih elementih v elektroniki kot topila za čiščenje;
• CFC-114: uporablja se v aerosolih in zdravilih kot pogonsko gorivo;
• CFC-115: uporablja se kot tekočina za komercialno hlajenje.

Ocenjujejo, da so te spojine približno 15.000-krat bolj škodljive za ozonski plašč kot CO2 (ogljikov dioksid).

Leta 1985 je bila v 28 državah ratificirana Dunajska konvencija o zaščiti ozonskega plašča. Z obljubami o sodelovanju pri raziskavah, spremljanju in proizvodnji CFC-jev je konvencija predstavila idejo o soočanju z okoljskim problemom na svetovni ravni, preden so bili njegovi učinki zaznani ali znanstveno dokazani. Zaradi tega velja Dunajska konvencija za enega največjih primerov uporabe previdnostnega načela v velikih mednarodnih pogajanjih.

Leta 1987 je skupina 150 znanstvenikov iz štirih držav odšla na Antarktiko in potrdila, da je bila koncentracija klorovega monoksida v tej regiji približno stokrat višja kot kjer koli drugje na planetu. Nato je 16. septembra istega leta Montrealski protokol določil potrebo po postopni prepovedi CFC-jev in njihove nadomestitve s plini, ki niso škodljivi za ozonski plašč. Zahvaljujoč temu protokolu se 16. september šteje za svetovni dan zaščite ozonske plasti.

Dunajska konvencija o zaščiti ozonske plasti in Montrealski protokol sta bila ratificirana v Braziliji 19. marca 1990, v državi pa je bila razglašena 6. junija istega leta z odlokom št. 99.280.

V Braziliji je bila uporaba CFC-jev leta 2010 popolnoma ustavljena, kot kaže spodnji graf:

HCFC

Hlorofluoroogljikovodiki so umetne snovi, uvožene v Brazilijo, sprva v majhnih količinah. Vendar pa je zaradi prepovedi CFC-jev uporaba v porastu. Glavne aplikacije so:

Predelovalni sektor

• HCFC-22: hlajenje klimatske naprave in pen;
• HCFC-123: gasilni aparati;
• HCFC-141b: pene, topila in aerosoli;
• HCFC-142b: pene.

Storitveni sektor

• HCFC-22: hlajenje klimatske naprave;
• HCFC-123: hladilni stroji ( hladilniki );
• HCFC-141b: čiščenje električnih vezij;
• Mešanice HCFC: klimatski hladilniki.

Po podatkih Ministrstva za okolje (MMA) naj bi do leta 2040 v Braziliji odpravili porabo HCFC. Spodnji graf prikazuje razvoj uporabe HCFC:

Metil bromid

Je halogenirana organska spojina, ki je pod pritiskom utekočinjeni plin in je lahko naravnega ali sintetičnega izvora. Metilbromid je izjemno strupen in smrtonosen za živa bitja. Veliko se je uporabljal v kmetijstvu in pri zaščiti skladiščenega blaga ter za razkuževanje usedlin in mlinov.

V Braziliji so že od sredine devetdesetih let zamrznili uvozne količine metilbromida, ki je leta 2005 zmanjšala uvoz za 30%.

Spodnja tabela prikazuje razpored odprave uporabe metilbromida, ki ga je določila Brazilija:

V skladu z MMA je uporaba metilbromida dovoljena le za karanteno in predodpremno obdelavo, rezervirano za uvoz in izvoz.

Spodnji graf prikazuje zgodovino porabe metilbromida v Braziliji:

Haloni

Snov halonov umetno proizvaja in uvaža Brazilija. Sestavljen je iz broma, klora ali fluora in ogljika. Ta snov se je pogosto uporabljala v gasilnih aparatih za vse vrste požara. V skladu z Montrealskim protokolom bi bil leta 2002 dovoljen uvoz halonov, ki se nanaša na povprečje brazilskega uvoza med letoma 1995 in 1997, kar bi zmanjšalo 50% v letu 2005, v letu 2010 pa bi bil uvoz popolnoma prepovedan. Resolucija Coname št. 267 z dne 14. decembra 2000 pa je šla še dlje in prepovedala uvoz novih halonov od leta 2001 dalje, pri čemer je smel uvažati samo regenerirane halone, saj niso del načrta izločanja protokola.

Halon-1211 in halon-1301 se uporabljata predvsem za odpravljanje morskih požarov, v zračni plovbi, naftnih ladjah in ploščadh za črpanje nafte, v kulturnih in umetniških zbirkah ter v elektrarnah in jedrskih elektrarnah. vojaški. V teh primerih je uporaba dovoljena zaradi njegove učinkovitosti pri gašenju požarov brez ostankov in brez poškodb sistemov.

Glede na spodnji graf je Brazilija že odpravila porabo halonov.

Klor

Klor se v ozračje oddaja antropogeno (s človeško dejavnostjo), predvsem z uporabo CFC-jev (klorofluoroogljikovodikov), kar smo že videli zgoraj. So plinaste sintetične spojine, ki se pogosto uporabljajo pri izdelavi razpršil in v starejših hladilnikih in zamrzovalnikih.

Dušikovi oksidi

Nekateri naravni viri oddajanja so mikrobne transformacije in električni razelektritve v ozračju (žarki). Ustvarjajo jih tudi antropogeni viri. Glavna je kurjenje fosilnih goriv pri visokih temperaturah. Iz tega razloga se emisije teh plinov pojavljajo v troposferi, ki je plast ozračja, v katerem živimo, vendar se s pomočjo konvekcijskega mehanizma zlahka prenesejo v stratosfero in nato lahko dosežejo ozonski plašč, ki ga razgradi.

Ena od metod za preprečevanje emisij NO in NO2 je uporaba katalizatorjev. Katalizatorji v industriji in avtomobilih imajo funkcijo pospeševanja kemičnih reakcij, ki onesnaževala pretvorijo v izdelke, ki so manj škodljivi za zdravje ljudi in okolje, preden se spustijo v ozračje.

Vodikovi oksidi

Glavni vir HOx v stratosferi je tvorba OH iz fotolize ozona, ki proizvaja vzbujene atome kisika, ki reagirajo z vodnimi hlapi.

Luknja v ozonski plasti

Slika: NASA

Leta 1985 je bilo ugotovljeno, da se je v stratosferskem ozonu med septembrom in novembrom znatno zmanjšalo približno 50%, kar ustreza pomladnemu obdobju na južni polobli. Odgovornost je bila pripisana delovanju klora iz CFC. Številne študije so pokazale, da postopek poteka od leta 1979.

Edina luknja v ozonski plasti je nad Antarktiko - kjer koli drugje se je zgodilo počasno in postopno zmanjševanje ozonskega plašča.

Vendar pa obstaja velik trend obračanja škode na ozonskem plašču zaradi ukrepov, sprejetih v Montrealskem protokolu, kot je sporočil Razvojni program Združenih narodov (UNDP). Pričakujemo, da se bo do leta 2050 plast obnovila na raven pred letom 1980.

Zanimivost: zakaj samo na južnem polu?

Razlago za luknjo, ki se pojavlja le nad Antarktiko, lahko dajo posebni pogoji južnega pola, kot so nizke temperature in izolirani atmosferski cirkulacijski sistemi.

Zaradi konvekcijskih tokov zračne mase neprekinjeno krožijo, vendar na Antarktiki zaradi dejstva, da je njegova zima izredno huda, ne pride do kroženja zraka, kar povzroči konvekcijske kroge, omejene na območje, ki se imenuje polarni vrtinec ali vrtinec.

Oglejte si tudi ta kratek video, ki ga je objavil Nacionalni inštitut za vesoljske raziskave (Inpe) o razgradnji ozonske plasti s CFC:

Original text

Contribute a better translation

---