Znajte što je to, koji plinovi utječu i kada bi se ozonski omotač trebao obnoviti

Što je ozonski omotač? Ovo je vrlo važno pitanje za sve koji se bave zdravljem planeta Zemlje, a time i našeg. Ali da biste prvo odgovorili na to, morate razumjeti kako funkcioniraju neki osnovni procesi u atmosferi.

Jedan od glavnih okolišnih problema povezanih s kemijom i zagađenjem zraka je iscrpljivanje (ili propadanje) ozonskog omotača. Sigurno ste čuli za ovo. Ozonski sloj, kako i samo ime kaže, sloj je Zemljine atmosfere koji ima visoke koncentracije ozona (O3). Najveća koncentracija nalazi se u stratosferi, udaljenoj oko 20 km do 25 km od Zemljine površine. Vrhunac ovih koncentracija nalazi se na visokim geografskim širinama (polovima), a najmanji se javlja u tropskim regijama (iako je stopa proizvodnje O3 veća u tropskim krajevima).

Kao što je već rečeno u našem članku "Ozon: negativac ili dobar momak?", Ovaj plin može biti izuzetno važan i neophodan za život na Zemlji, kao i vrlo toksična zagađivaća. Sve ovisi o atmosferskom sloju u kojem se nalazi. U troposferi je zlikovac. U stratosferi, dobar momak. U ovom ćemo pitanju govoriti o stratosferskom ozonu, ukazujući na njegove funkcije, njegovu važnost, kako je razgrađen i kako spriječiti da se to dogodi.

Funkcije

Stratosferski ozon (dobar momak) odgovoran je za filtriranje sunčevog zračenja na nekim valnim duljinama (apsorbira sve ultraljubičasto zračenje B, zvano UV-B i dio drugih vrsta zračenja) koje može izazvati određene vrste raka, kao jedan najgori je melanom. Također ima funkciju održavanja Zemlje toplom, sprečavajući da se rasprši sva toplina emitirana na površini planeta.

Što je ozonski omotač?

Ozonski sloj, kao što je ranije spomenuto, sloj je koji koncentrira oko 90% molekula O3. Ovaj je sloj neophodan za život na zemlji, jer štiti sva živa bića filtrirajući ultraljubičasto sunčevo zračenje tipa B. Ozon se ponaša različito ovisno o nadmorskoj visini na kojoj se nalazi. 1930. godine engleski je fizičar Sydnei Chapman opisao procese stvaranja i razgradnje ozona u stratosferi na temelju četiri koraka: fotoliza kisika; proizvodnja ozona; potrošnja ozona I; potrošnja ozona II.

1. Fotoliza kisika

Solarno zračenje dopire do molekule O2, odvajajući njegova dva atoma. Odnosno, ovaj prvi stupanj dobiva dva slobodna atoma kisika (O) kao produkt.

2. Proizvodnja ozona

U ovom koraku svaki slobodni kisik (O) proizveden u fotolizi reagira s molekulom O2, dobivajući kao produkt molekule ozona (O3). Ova se reakcija događa uz pomoć atoma ili molekule katalizatora, tvari koja omogućuje da se reakcija odvija brže, ali bez aktivnog djelovanja i bez vezivanja za reagense (O i O2) ili proizvod (O3).

Koraci 3 i 4 pokazuju kako se ozon može razgraditi na različite načine:

3. Potrošnja ozona I

Zatim se ozon nastao u fazi proizvodnje ponovno razgrađuje u jednu molekulu O i jednu od O2 djelovanjem sunčevog zračenja (kada je u prisutnosti valnih duljina u rasponu od 400 nanometara do 600 nanometara).

4. Potrošnja ozona II

Drugi način razgradnje ozona (O3) je reakcijom sa slobodnim atomima kisika (O). Na taj će se način svi ovi atomi kisika rekombinirati, stvarajući dvije molekule kisika (O2) kao produkt.

Ali onda, ako se ozon proizvodi i razgrađuje, što održava ozonski omotač? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, moramo uzeti u obzir dva važna čimbenika: brzinu proizvodnje / uništavanja molekula (brzina kojom se one proizvode i uništavaju) i njihov prosječni životni vijek (vrijeme potrebno da se koncentracija nekog spoja smanji na polovicu početna koncentracija).

Što se tiče brzine proizvodnje / uništavanja molekula, utvrđeno je da su koraci 1 i 4 sporiji od koraka 2 i 3 postupka. Međutim, kako sve započinje u fazi fotolize kisika (faza 1), možemo reći da o tome ovisi koncentracija ozona koji će se stvoriti. To objašnjava zašto koncentracija O3 opada na nadmorskim visinama iznad 25 km i na nižim nadmorskim visinama; na nadmorskim visinama iznad 25 km koncentracija O2 se smanjuje. U nižim slojevima atmosfere prevladavaju duže valne duljine koje imaju manje energije za razgradnju molekula kisika, smanjujući njihovu brzinu fotolize.

Unatoč velikom otkriću ovih koraka, ako bismo uzeli u obzir samo te procese uništavanja, dobili bismo vrijednosti koncentracije O3 dvostruko veće od onih koje se promatraju u stvarnosti. To se ne događa jer, uz pokazane korake, postoje i neprirodni ciklusi oštećenja ozona uzrokovani tvarima koje oštećuju ozonski omotač (SDO): proizvodi kao što su halon, ugljikov tetraklorid (CTC), hidroklorofluorokarbon (HCFC), klorofluorougljik (CFC) i metil bromid (CH3Br). Kada se puste u atmosferu, presele se u stratosferu, gdje se raspadaju UV zračenjem, oslobađajući atome bez klora, koji zauzvrat prekidaju vezu ozona stvarajući klor monoksid i plinoviti kisik. Nastali klorov monoksid ponovno će reagirati s atomima bez kisika,tvoreći više atoma klora, koji će reagirati s kisikom i tako dalje. Procjenjuje se da svaki atom klora može razgraditi oko 100 tisuća molekula ozona u stratosferi i ima vijek trajanja 75 godina, ali već je bilo dovoljno pražnjenja da gotovo 100 godina reagira s ozonom. Uz reakcije s vodikovim oksidima (HOx) i dušikovim oksidima (NOx) koji također reagiraju sa stratosferskim O3, uništavajući ga, pridonoseći razgradnji ozonskog sloja.Uz reakcije s vodikovim oksidima (HOx) i dušikovim oksidima (NOx) koji također reagiraju sa stratosferskim O3, uništavajući ga, pridonoseći razgradnji ozonskog sloja.Uz reakcije s vodikovim oksidima (HOx) i dušikovim oksidima (NOx) koji također reagiraju sa stratosferskim O3, uništavajući ga, pridonoseći razgradnji ozonskog sloja.

Grafikon u nastavku prikazuje povijest potrošnje SDO u Brazilu:

Gdje su tvari koje oštećuju ozonski omotač i kako ih izbjeći?

CFC-ovi

Klorofluoroogljikovodici su sintetizirani spojevi nastali klorom, fluorom i ugljikom, koji se široko primjenjuju u nekoliko procesa - glavni su navedeni u nastavku:

• CFC-11: koristi se u proizvodnji poliuretanskih pjena kao ekspandirajuće sredstvo, u aerosolima i lijekovima kao pogonsko gorivo, u kućanskim, komercijalnim i industrijskim hladnjacima kao tekućina;
• CFC-12: primjenjuje se u svim procesima u kojima je korišten CFC-11, a također i u smjesi s etilen oksidom, kao sterilizator;
• CFC-113: koristi se u preciznim elektroničkim elementima, kao otapala za čišćenje;
• CFC-114: koristi se u aerosolima i lijekovima kao pogonsko gorivo;
• CFC-115: koristi se kao fluid u komercijalnom hladnjaku.

Procjenjuje se da ovi spojevi oštećuju ozonski sloj oko 15 000 puta od CO2 (ugljični dioksid).

1985. godine u 28 zemalja ratificirana je Bečka konvencija o zaštiti ozonskog omotača. Uz obećanja o suradnji u istraživanju, praćenju i proizvodnji CFC-a, konvencija je predstavila ideju suočavanja s ekološkim problemom na globalnoj razini prije nego što se osjete ili znanstveno dokažu njegovi učinci. Zbog toga se Bečka konvencija smatra jednim od najvećih primjera primjene načela predostrožnosti u velikim međunarodnim pregovorima.

Godine 1987. skupina od 150 znanstvenika iz četiri zemlje otišla je na Antarktik i potvrdila da je koncentracija klorov monoksida u toj regiji bila oko sto puta veća nego bilo gdje drugdje na planetu. Tada je 16. rujna iste godine Montrealski protokol utvrdio potrebu za postupnom zabranom CFC-a i njihove zamjene plinovima koji nisu štetni za ozonski omotač. Zahvaljujući ovom protokolu, 16. rujna smatra se Svjetskim danom zaštite ozonskog omotača.

Bečka konvencija o zaštiti ozonskog omotača i Montrealski protokol ratificirani su u Brazilu 19. ožujka 1990. godine, a proglašeni su u zemlji 6. lipnja iste godine ukazom br. 99,280.

U Brazilu je uporaba CFC-a potpuno zaustavljena 2010. godine, kao što je prikazano na donjem grafikonu:

HCFC

Hidroklorofluoroogljikovodici su umjetne tvari koje se uvoze u Brazil, u početku u malim količinama. Međutim, zbog zabrane CFC-a, uporaba je u porastu. Glavne primjene su:

Proizvodni sektor

• HCFC-22: klimatizacija i hlađenje pjenom;
• HCFC-123: aparati za gašenje požara;
• HCFC-141b: pjene, otapala i aerosoli;
• HCFC-142b: pjeni se.

Sektor usluga

• HCFC-22: hlađenje klima uređaja;
• HCFC-123: rashladni strojevi ( rashladni uređaji );
• HCFC-141b: čišćenje električnih krugova;
• HCFC smjese: klimatizacijski hladnjaci.

Prema Ministarstvu okoliša (MMA), procjenjuje se da će do 2040. potrošnja HCFC-a biti eliminirana u Brazilu. Grafikon u nastavku prikazuje razvoj upotrebe HCFC-a:

Metil bromid

To je halogenirani organski spoj koji je pod pritiskom ukapljeni plin i može imati prirodno ili sintetičko podrijetlo. Metil bromid je izuzetno toksičan i smrtonosan za živa bića. Široko se koristio u poljoprivredi i u zaštiti skladištene robe te za dezinfekciju spremnika i mlinova.

Uvoz metilbromida u Brazil je smrznut od sredine 1990-ih.Ta je zemlja 2005. smanjila uvoz za 30%.

Tablica u nastavku prikazuje raspored koji je propisao Brazil za uklanjanje upotrebe metil bromida:

Prema VMA-u, uporaba metil-bromida odobrena je samo za karantene i pretpretovarne tretmane rezervirane za uvoz i izvoz.

Ispod grafikon prikazuje povijest potrošnje metil bromida u Brazilu:

Haloni

Tvar halona umjetno proizvodi i uvozi Brazil. Sastoji se od broma, klora ili fluora i ugljika. Ova se tvar široko koristila u aparatima za gašenje požara svih vrsta. Prema Montrealskom protokolu, 2002. godine bio bi dopušten uvoz halona koji se odnosi na prosjek brazilskog uvoza između 1995. i 1997. godine, smanjujući 50% u 2005., a 2010. uvoz bi bio potpuno zabranjen. Međutim, Rezolucija Coname br. 267 od 14. prosinca 2000. godine otišla je dalje, zabranjujući uvoz novih halona od 2001. nadalje, dopuštajući uvoz samo regeneriranih halona, ​​jer oni nisu dio plana eliminacije protokola.

Halon-1211 i halon-1301 uglavnom se koriste u uklanjanju morskih požara, u zračnoj plovidbi, na naftnim brodovima i platformama za vađenje nafte, u kulturnim i umjetničkim zbirkama te u elektranama i nuklearnim elektranama, uz upotrebu vojne. U tim je slučajevima uporaba dopuštena zbog njegove učinkovitosti u gašenju požara bez ostataka i bez oštećenja sustava.

Prema donjem grafikonu, Brazil je već eliminirao potrošnju halona.

Klor

Klor se u atmosferu emitira na antropogeni način (ljudskom aktivnošću), uglavnom upotrebom CFC-a (klorofluoroogljikovodika), što smo već vidjeli gore. Oni su plinoviti sintetski spojevi, koji se široko koriste u proizvodnji sprejeva te u starijim hladnjacima i zamrzivačima.

Dušikovih oksida

Neki prirodni izvori emitiranja su mikrobne transformacije i električni pražnjenja u atmosferi (zrake). Također ih generiraju antropogeni izvori. Glavna je sagorijevanje fosilnih goriva na visokim temperaturama. Iz tog razloga emisija tih plinova događa se u troposferi, koja je sloj atmosfere u kojoj živimo, ali oni se putem konvekcijskog mehanizma lako prenose u stratosferu, a zatim mogu doći do ozonskog sloja, razgrađujući ga.

Jedna od metoda za izbjegavanje emisija NO i NO2 je upotreba katalizatora. Katalizatori za industriju i automobile imaju funkciju ubrzavanja kemijskih reakcija koje pretvaraju onečišćujuće tvari u proizvode koji su manje štetni za ljudsko zdravlje i okoliš, prije nego što se puste u atmosferu.

Vodikovi oksidi

Glavni izvor HOx u stratosferi je stvaranje OH iz fotolize ozona, koji stvara pobuđene atome kisika, koji reagiraju s vodenom parom.

Rupa ozonskog omotača

Slika: NASA

1985. godine utvrđeno je da je došlo do značajnog smanjenja približno 50% u stratosferskom ozonu između rujna i studenog, što odgovara proljetnom razdoblju na južnoj hemisferi. Odgovornost je pripisana djelovanju klora iz CFC-a. Nekoliko je studija ukazalo da se proces odvija od 1979. godine.

Jedina rupa u ozonskom sloju nalazi se iznad Antarktika - bilo gdje drugdje dogodilo se sporo i postupno smanjenje ozonskog omotača.

Međutim, postoji veliki trenutni trend preokreta oštećenja ozonskog omotača zbog mjera usvojenih Montrealskim protokolom, kako je priopćeno iz Programa Ujedinjenih naroda za razvoj (UNDP). Očekuje se da će se do 2050. godine sloj vratiti na razinu prije 1980.

Znatiželja: zašto samo na Južnom polu?

Objašnjenje rupe koja se javlja samo nad Antarktikom mogu dati posebni uvjeti Južnog pola, poput niskih temperatura i izoliranih atmosferskih cirkulacijskih sustava.

Zbog strujanja konvekcije, zračne mase neprekidno cirkuliraju, ali na Antarktiku zbog činjenice da je njegova zima izuzetno jaka, ne dolazi do cirkulacije zraka, što stvara konvekcijske krugove ograničene na to područje, koje se nazivaju polarni vrtlog ili vrtlog.

Pogledajte i ovaj kratki videozapis Nacionalnog instituta za svemirska istraživanja (Inpe) o razgradnji ozonskog omotača od CFC-a:

Original text

Contribute a better translation

---