Dziura Ozonowa
CO TO JEST DZIURA OZONOWA?
Dziurą ozonową nazywa się zjawisko zmniejszania się stężenia ozonu w stratosferze atmosfery ziemskiej.
CO POWODUJE DZIURA OZONOWA?
Ozon stratosferyczny pochłania część promieniowania ultrafioletowego docierającego do Ziemi ze Słońca. Niektóre rodzaje promieniowania ultrafioletowego są szkodliwe dla organizmów żywych, ponieważ mogą uszkadzać komórki (oparzenia) oraz materiał genetyczny kokomórek, co powoduje starzenie się. U ludzi i zwierząt mogą wywoływać zmiany nowotworowe. Organizm ludzki broni się przed ultrafioletem, wytwarzając barwnik (melanina), powodujący pochłanianie promieniowania w warstwie powierzchniowej skóry. Zawartość tego barwnika objawia się ciemnieniem skóry.
JAK CZŁOWIEK PRZYCZYNIA SIĘ DO ROWOJU DZIURY OZONOWEJ?
Ozon stratosferyczny powstaje w wyniku oddziaływania promieniowania ultrafioletowego słońca z cząsteczkami atmosferycznego tlenu. Powstały ozon rozpada się reagując z niektórymi związkami chemicznymi, szczególnie chloru i fluoru.
W czasie zimy polarnej produkcja ozonu ulega redukcji. Duże obszary podbiegunowe znajdują się w półmroku albo są całkowicie nieoświetlone przez Słońce. Naturalny oraz wywołany zanieczyszczeniami rozpad trój atomowej cząsteczki tlenu nie zatrzymuje się w tym okresie, co prowadzi do zmniejszenia grubości warstwy ozonowej.
Problem pojawił się, gdy zaczęto używać związku CCl2F2, zwanego freonem 12 oraz innych fluoropochodnych metanu i etanu (nazwanych wspólnie freonami lub CFC) do produkcji aerozoli. Związki te wykorzystywane były w konstrukcji systemów chłodniczych:
• w sprężarkach lodówek
• chłodniach i urządzeniach klimatyzacyjnych
• do produkcji lakierów
• w przemyśle kosmetycznym
• w medycynie
Po pewnym czasie stwierdzono, jak katastrofalne skutki przynosi używanie tych związków dla warstwy ozonowej. Cząsteczki freonów nie wchodzą w reakcję z innymi substancjami i nie rozpadają się, mogą, więc żyć w atmosferze ponad 100 lat. Owa niezniszczalność freonów oraz lekkość pozwalająca na przenikanie aż do ozonosfery zaniepokoiły dwóch chemików. Z ich założeń wynikało, że w ozonosferze miliony ton lekkich freonów pod wpływem promieniowania ultrafioletowego rozkładają się na pierwiastki: węgiel, fluor i chlor. Wprawdzie węgiel spala się, ale fluor i chlor rozpoczynają reakcję łańcuchową z ozonem powodując tworzenie się tlenków i powstanie zwykłego tlenu dwuatomowego.
Po raz pierwszy zaobserwowano dziurę ozonową w 1985 roku, nad Antarktydą. Doprowadziło to do uchwalenia Konwencji Wiedeńskiej o Ochronie Warstwy Ozonowej. Zakłada ona konieczność ograniczenia produkcji freonów, halonów i tlenków azotu, bezpośrednio odpowiedzialnych za zanikanie warstwy ozonowej. W 1982 roku dr Farman w czasie badań na Antarktydzie Zachodniej odkrył, że znaczna część pokrywy ozonowej nad biegunem zanikła. Przez następne lata dziura ozonowa nad biegunem powiększała się tak, że w październiku 1987 roku ilość ozonu była tam o 50% mniejsza niż przed jej odkryciem, w 1989 roku w wyższych warstwach zniknęło nawet ponad 95% ozonu. Według różnych badań stwierdzono, że za zanik ozonu odpowiedzialna jest rosnąca koncentracja freonów. W 1986 i 1987 przeprowadzono pomiary w Antraktydzie i zaproponowano mechanizm ubywania ozonu stratosferycznego związany z heterogeniczną reakcją, w której katalizującą rolę odgrywają Polarne Chmury Stratosferyczne. Za te badania Susan Solomon otrzymała nagrodę Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego za podstawowy wkład w zrozumienie chemii atmosfery i wyjaśnienie tajemnicy powstawania dziury ozonowej.
Badania stężenia ozonu w atmosferze ziemskiej wykazały, że w ciągu ostatnich kilkunastu lat zmniejsza się ono (średnio 0,2% rocznie). Obniżanie się zawartości tego gazu opisuje się jako powiększanie dziury ozonowej. Zjawisko to obserwuje się nie tylko nad Antarktydą, ale również na innych szerokościach geograficznych, m.in. nad Polską. Regularne badania nad grubością warstwy ozonowej rozpoczęto w latach 80. XX wieku. Posłużyły do tego satelity. Z ich pomocą udało się stwierdzić, że ubytki ozonu mają charakter sezonowy. W grudniu 2000 roku prasa popularnonaukowa podała, że dziura ozonowa nad Antarktydą jest gigantyczna i nie wykazuje tendencji do zmniejszania. Uznano to za pośredni skutek niezwykle ostrej zimy. Sytuacja powtórzyła się niedawno nad Arktyką.
Konwencja Wiedeńska przyniosła wymierne efekty, w związku z czym przyszłość rysuje się jednak w jasnych barwach. Emisja freonów powoli, ale systematycznie maleje, jednakże na pełne odbudowanie warstwy ozonowej musimy jeszcze poczekać około 50 lat.
DZIURA OZONOWA I KOSMICZNE KATASTROFY
Symulacje astrofizyczne sugerują, że warstwa ozonowa mogłaby zostać zniszczona przez bliski Ziemi rozbłysk promieniowania gamma związany ze śmiercią gwiazdy. Źródło tego zjawiska nie jest do końca znane, ale szansa wystąpienia takiej katastrofy w ciągu najbliższego stulecia jest znikoma; przewidywana śmierć Słońca to około 4 mld. lat. Skutkiem oddziaływania na atmosferę promieni gamma zgodnie z symulacjami w zamkniętym obecnie instytucie fizyki pod Genewą w Szwajcarii miałoby być wytworzenie ogromnych ilości tlenków azotu, które weszłyby w reakcję z ozonem doprowadzając do jego rozpadu. Dziura ozonowa ogarnęłaby całą planetę na wiele miesięcy.
Istnieje też hipoteza, według której wymieranie pod koniec Permu spowodowała emisja gazów wulkanicznych. Weszły one w reakcję z ozonem powodując powstanie dziury ozonowej, co (wg tej hipotezy) było jedną z przyczyn zagłady wielu gatunków.