Dziura ozonowa
dziura ozonowa, znaczny spadek koncentracji ozonu w atmosferze ziemskiej (do 90% średniej koncentracji); jest obserwowana w okolicach bieguna południowego, nad Antarktydą, gdzie pojawia się rokrocznie w okresie wiosennym (od września do listopada); jej gł. przyczyną są prawdopodobnie przedostające się do atmosfery związki chloru, zwł. freony i halony.
Dziura ozonowa, czyli znaczący ubytek ozonu w górnych warstwach atmosfery, przez kolejne dziesięciolecia będzie się utrzymywać. Zawartość ozonu w atmosferze będzie niższa od tej, którą obserwowano w latach 70. XX w. To znaczy, że na Ziemię będzie docierać nadmierna ilość promieniowania UV - mówi zajmujący się fizyką atmosfery naukowiec z Instytutu Geofizyki PAN doc. dr hab. Janusz Krzyścin.
W piątek obchodzony jest Międzynarodowy Dzień Ochrony Warstwy Ozonowej. Został on ustanowiony przez ONZ w 1994 r. 16 września jest rocznicą podpisania w 1987 r. Protokołu Montrealskiego, zawierającego postanowienia dotyczące ograniczenia emisji do atmosfery substancji niszczących warstwę ozonową. Protokół został podpisany przez 184 państwa, w tym Polskę. Chociaż stężenie ozonu w atmosferze jest stosunkowo niewielkie (w obszarze maksymalnej koncentracji tego gazu stwierdzono obecność kilku cząsteczek ozonu na milion cząsteczek powietrza), jest on niezastąpioną barierą, chroniącą Ziemię.
Ozon jest niezmiernie ważny dla życia na Ziemi, ma bowiem zdolność pochłaniania promieniowania UV Słońca. Promieniowanie słoneczne w zakresie UV cechuje duża energia, zdolna do niszczenia organizmów żywych. Osłabienie tego promieniowania przez ozon jest warunkiem życia na Ziemi. Ponadto pochłaniając promieniowanie UV, ozon jednocześnie zmienia warunki termiczne w atmosferze, wpływając pośrednio na cyrkulację powietrza w stratosferze, co w pewnym stopniu decyduje także o warunkach klimatycznych na powierzchni Ziemi - wyjaśnia Krzyścin.
Tlen w atmosferze ziemskiej najczęściej występuje w postaci cząsteczki złożonej z dwóch atomów (O2). Ozon to szczególna postać tlenu - cząsteczka składająca się z trzech atomów tego pierwiastka (O3).
Gaz ten ma zdolność pochłaniania promieniowania UV, dzięki czemu mniej szkodliwych promieni słonecznych dociera do powierzchni Ziemi
Warstwa ozonowa znajduje się głównie w stratosferze, na wysokościach między 10 a 50 kilometrami od powierzchni Ziemi. Maksymalne koncentracja ozonu nad Polską występuje na wysokości ok. 20-22 km.
W okresie ostatnich kilkudziesięciu lat zaczęto obserwować, że zawartość ozonu w atmosferze zmienia się. Zwłaszcza w okolicach Bieguna Południowego daje się zauważyć jego znaczący ubytek. Stało się to poważnym problemem w skali globalnej.
Gazy niszczące ozon
Wśród gazów wywierających niszczący wpływ na warstwę ozonową największy udział mają freony, halony oraz tlenki azotu.
Pod względem chemicznym freony (CFC) są pochodnymi chlorowcowymi węglowodorów nasyconych. W cząsteczce zawierają atomy chloru i fluoru, niekiedy również bromu. Powstają przez działanie fluorowodorem na halogenopochodne metanu lub etanu w obecności katalizatora - pięciochlorku antymonu. Niższe freony charakteryzują się znaczną prężnością pary w niskich temperaturach i wysokim ciepłem parowania. Ze względu na dużą pojemność cieplną mają znaczny udział w zwiększaniu się efektu cieplarnianego. Nie mają zapachu lub posiadają zapach eteru. Są bezbarwne i nietoksyczne. Znalazły zastosowanie w produkcji urządzeń chłodzących i klimatyzacyjnych oraz (obecnie coraz rzadziej) w produkcji kosmetyków i dezodorantów. Najbardziej znanymi i najczęściej używanymi freonami jest dichlorodifluorometan (CCl2F2), zwany freonem F-12 oraz dichlorotetrafluoroetan (C2Cl2F4), zwany freonem F-114. Obecnie oblicza się, że w atmosferze znajduje się ponad 20 mln ton freonów.
Halony są pochodnymi fluorowcowymi metanu i etanu. Są nietoksycznymi gazami lub cieczami. Nie ulegają spalaniu. Stosowane są do produkcji gaśnic halonowych.
Tlenki azotu powstają w ozonosferze głównie w wyniku spalania paliw przez silniki samolotów i rakiet. W znacznych ilościach tlenki azotu wydzielane są do ozonosfery również w wyniku wybuchów jądrowych.
Skutki niszczenia warstwy ozonowej
Ozonosfera pochłania bardzo szkodliwe dla wszystkich żywych organizmów promieniowanie ultrafioletowe (UV) o długości fali poniżej 390 nm. Niszczenie warstwy ozonowej prowadzi do zmniejszania się efektywności pochłaniania promieni UV. W wyniku tego organizmy są narażone na zwiększone promieniowanie ultrafioletowe.
Nadmiar promieni UV może doprowadzić do zakłócenia równowagi całych ekosystemów. Promieniowanie ultrafioletowe przenika wodę do kilku metrów wgłęb (w przypadku wód czystych nawet do kilkunastu metrów). Powoduje to zamieranie szczególnie wrażliwych organizmów roślinnych i zwierzęcych tworzących plankton. Konsekwencje tego są widoczne w następnych ogniwach łańcucha troficznego. Zmniejszy się więc występowanie ryb żywiących się planktonem oraz ryb drapieżnych.
Promieniowanie ultrafioletowe wpływa również niekorzystnie na rośliny. Wśród roślin, które wykazują reakcję na promienie UV, ponad dwie trzecie gatunków jest na nie wrażliwe. Należy przy tym zaznaczyć, że są to głównie gatunki roślin uprawnych i przemysłowych.
Zwiększenie się natężenia promieniowania ultrafioletowego na Ziemi odbije się z pewnością w gospodarce człowieka. Zmniejszenie liczebności populacji ryb na skutek zaniku planktonu doprowadzi do znacznie mniejszych połowów na określonym terenie. Ucierpi więc rybactwo i rybołówstwo. W wyniku niszczenia przez promienie UV chlorofilu roślin uprawnych (np. zbóż) zmniejszą się plony, a więc ucierpi rolnictwo.
Promieniowanie ultrafioletowe może jednak negatywnie wpływać bezpośrednio na ludzi. Poprzez wytwarzanie pigmentów w skórze, człowiek tylko w niewielkim stopniu jest zdolny do obrony. Nadmierne promieniowanie UV może osłabiać u ludzi system immunologiczny i tym samym zmniejszać odporność na infekcje i choroby. Wśród chorób tych najgroźniejsze są z pewnością choroby nowotworowe, a szczególnie nowotwory skóry (np. czerniak). Ponadto promieniowanie ultrafioletowe powoduje podrażnienie spojówek, a przez to występowanie licznych chorób oczu, głównie zaćmy. Promienie UV powodują także przyspieszenie procesów starzenia się skóry.
Jeśli do środowiska wciąż wydzielane będą freony i inne gazy niszczące ozon, to w niedalekiej przyszłości dziura ozonowa powiększy znacznie swój rozmiar i wkrótce pojawi się nad całą kulą ziemską. Nie będzie to już więc dziura ozonowa, ale całkowity zanik ozonu w atmosferze ziemskiej.
Ochrona warstwy ozonowej
Już w 1971 roku dwóch chemików zauważyło i udowodniło niszczący wpływ freonów na warstwę ozonową atmosfery. Byli nimi prof. Sherwood Rowland i dr Mario Molina (laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie chemii z 1995 roku). Komisja do spraw ochrony środowiska ONZ zwróciła uwagę na to zjawisko dopiero w 1976 roku. Od tego czasu freony znalazły się na liście związków chemicznych niebezpiecznych dla środowiska naturalnego. Konkretne działania mające na celu niedopuszczenie do zmniejszania się warstwy ozonowej nad powierzchnią kuli ziemskiej zaczęto jednak podejmować dopiero od 1982 roku, kiedy to dr Joe Farman odkrył na Antarktydzie Zachodniej całkowity zanik ozonu w atmosferze. W 1987 roku w celu ochrony warstwy ozonowej z inicjatywy UNEP (Programu Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych) 31 państw (w tym Polska) podpisało Protokół Montrealski. Zakładano w nim 50 - procentowe ograniczenie produkcji freonów do 2000 roku w stosunku do wartości z 1986 roku. Od 1990 roku rzeczywiście obserwuje się zmniejszenie tempa wzrostu freonów w atmosferze - z 5% rocznie do mniej niż 3%. Ponadto 11 października 1990 roku Polska stała się członkiem Konwencji Wiedeńskiej w sprawie ochrony warstwy ozonowej, w myśl której zakazana jest produkcja freonów oraz import zagranicznych urządzeń chłodzących zawierających freony. Można więc mówić o znacznym wzroście świadomości władz i społeczeństwa, co jest pocieszającym zjawiskiem. W produkcji kosmetyków i dezodorantów nie stosowane są już praktycznie freony, a jako nośniki używane są inne, nieszkodliwe dla środowiska gazy - propan i butan. Kosmetyki te oznaczane są jako "CFC frez" lub "ozon friendly" (przyjazne ozonowi). Także nowoczesne lodówki i chłodziarki są urządzeniami bezfreonowymi.
Jednak pomimo wszelkich działań mających na celu niedopuszczenie do dalszej emisji freonów i halonów, w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat nie stanie się możliwe odbudowanie warstwy ozonu nawet do grubości sprzed 20 laty.
ciekawostka:
Spore skurczenie się dziury ozonowej
(12.01/18:17) - Według najnowszych pomiarów Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) dziura ozonowa nad Antarktyką w ciągu ostatniego roku skurczyła się aż o 30 procent w porównaniu z rokiem 2006, kiedy rozciągała się na obszarze 29,5 miliona kilometrów kwadratowych i była największą w całej historii pomiarów. We wrześniu jej rozmiary wyniosły 24,7 miliona kilometrów kwadratowych, co oznacza, że dziura ozonowa była porównywalna do rozmiarów Ameryki Północnej. Przyczyną odbudowy ozonu w ziemskiej atmosferze nad południowym biegunem była wyższa temperatura. W 2006 roku potrafiła ona spaść w stratosferze do minus 80 stopni, a więc przekroczyć pułap minus 78 stopni, od którego ozon ulega degradacji. Dane o zmniejszeniu się dziury ozonowej są najlepszą możliwą informacją akurat w momencie, kiedy świat obchodzi 20. rocznicę podpisania słynnego Protokołu Montrealskiego przez blisko 200 krajów świata. W latach 90. zobowiązano się ograniczać emisję do atmosfery substancji powodujących zwiększanie się dziury ozonowej. Wiele najgroźniejszych substancji od tego czasu wyszło w powszechnego użycia, jak na przykład czterochlorek węgla, niegdyś popularny, dzisiaj prawie nieobecny w życiu codziennym. Jednak nie wszystkie wiadomości są takie dobre, ponieważ jak dowodzą najnowsze symulacje komputerowe, dziura ozonowa nad Antarktyką powinna całkowicie zaniknąć dopiero w 2065 roku, czyli 15 lat później niż wynikałoby to z wcześniejszych obliczeń. Naukowcy ze Światowej Organizacji Meteorologicznej (WMO) wkrótce opublikują raport w tej sprawie. Dziura ozonowa ulega rocznym zmianom, gdyż najmniejsza jest w marcu, gdy na Antarktyce rozpoczyna się jesień, a największe rozmiary osiąga zawsze we wrześniu, gdy w regionie rozpoczyna się wiosna i spod topniejącego lodu wydobywają się olbrzymie ilości gazów, głównie metanu, który również jest najsilniejszym gazem cieplarnianym, powodującym globalne ocieplenie klimatu.