Dziura ozonowa
Jeszcze 20 lat temu niewiele ludzi słyszało o warstwie ozonowej. Obecnie, dzięki odkryciom naukowców, zdaliśmy sobie sprawę z jej znaczenia dl ochrony życia na Ziemi i z wynikającej stąd konieczności jej zachowania.
W wesołych miasteczkach można nieraz spotkać stanowisko ze zderzającymi się miniaturowymi samochodzikami. Unosi się tam często charakterystyczny, ostry zapach. To właśnie ozon – niebieski gaz o cząsteczkach zbudowanych z trzech atomów tlenu, a nie jak w przypadku „zwykłego” tlenu atmosferycznego – dwóch. Ozon powstaje m.in. w czasie wyładowań elektrycznych.
Ozon znalazł liczne zastosowania – m.in. jako wybielacz oraz środek do odkażania wody i odświeżania powietrza. Jest też popularnym utleniaczem, czyli substancją posiadającą zdolność wchłaniania elektronów w reakcjach chemicznych. Ozon powstaje w niższych warstwach atmosfer, jako produkt procesów przemysłowych i spalania paliwa w samochodach. Zbyt duże ilości ozonu są niebezpieczne dla roślin i prawdopodobnie mają związek z niektórymi zaburzeniami oddychania.
Rozwój życia na naszej Ziemi byłby jednak niemożliwy bez tego gazu. Ziemia jest otoczona grubą warstwą ozonu, która zatrzymuje ok. 2/3 promieniowania ultrafioletowego (UV), emitowanego przez Słońce, przepuszczając tylko część, o odpowiedniej długości fal. Nadmiar promieniowania UV jest szkodliwy dla organizmów żywych, powoduje ścinanie się białka i obumieranie komórek. Z drugiej strony pewna ilość promieni ultrafioletowych jest niezbędna do wytwarzania witaminy D, koniecznej do budowy kośćca. Ozon ma, więc duże znaczenie biologiczne, ponieważ reguluje dopływ promieniowania ultrafioletowego do powierzchni Ziemi.
Warstwa ozonowa znajduje się w stratosferze na wysokości od 15-55 km, z maksymalną koncentracją gazu między 25 a 30 km. Nie jest to właściwie czysty ozon, a tylko powietrze o większej zawartości cząsteczek zbudowanych z trzech atomów tlenu. W warstwie ozonowej nieustannie dokonują się przemiany różnych form tlenu. Dwuatomowe cząsteczki (O2) ulegają rozbiciu na pojedyncze atomy, które z kolei łączą się z innymi dwuatomowymi cząsteczkami tlenu, tworząc molekuły ozonu (O3). Ozon rozpada się na dwuatomowe cząsteczki tlenu i pojedyncze atomy, a cały proces rozpoczyna się od nowa. Energia potrzebna do tych przeobrażeń pochodzi ze Słońca.
Promieniowanie ultrafioletowe
Już niewielkie dawki promieniowania ultrafioletowego powodują, że skóra produkuje brązowy barwnik o nazwie melanina, substancję ochronną. Która daje efekt opalenizny. Większe dawki promieniowania ultrafioletowego, zwłaszcza UVB, mają prawdopodobny wpływ na zwiększoną zachorowalność na raka skóry, kataraktę, która może prowadzić do ślepoty, oraz upośledzenie pracy układu odpornościowego organizmu. Promieniowanie ultrafioletowe niszczy też rośliny, w tym te uprawiane i spożywane przez człowieka. Jego nadmiar nie sprzyja również planktonowi, czyli drobnym organizmom roślinnym unoszącym się w morzach i oceanach. Plankton jest początkiem większości łańcuchów pokarmowych w oceanach, stąd zaburzenia obserwowane w jego środowisku mogą odbić się na całym ekosystemie.
Ilość ozonu w warstwie ozonowej zależy m.in. od temperatury, dlatego proporcja ta zmienia zależnie od pory dnia i roku. W ciągu ostatnich kilku milionów lat, aż do nie dawna, jeśli pominąć te dobowe i sezonowe wahania, ilość ozonu utrzymywała się na mniej więcej stałym poziomie.
Od połowy lat 80. naukowcy zaczęli dokładniej przyglądać się warstwie ozonowej. Stwierdzili, że w ciągu kilku wiosennych tygodni w warstwie ozonowej nad Antarktydą pojawiła się „dziura”. Choć potocznie nazywane „dziurą”, w rzeczywistości zjawisko to polegało na przerzedzaniu i spłycaniu się warstwy ozonowej, w miarę jak miała w niej liczba cząsteczek ozonu. Ubytki w warstwie ozonowej spowodowały, że do powierzchni Ziemi docierała większa ilość promieniowania ultrafioletowego. Naukowcy przypuszczają, że proces ten rozpoczął się jeszcze w połowie lat 70.
Co szkodzi warstwie ozonowej?
W 1987 roku samoloty zdolne do lotów na bardzo dużych wysokościach pobrały próbki powietrza znad Antarktydy. Dzięki niej naukowcy dowiedzieli się, że na niszczenie warstwy odpowiedzialne są przede wszystkim gazy znane jako freony. Po drugiej wojnie światowej znalazły one bardzo szerokie zastosowanie – m.in. w aerozolach, systemach chłodniczych lodówek i zamrażarek, w płynach do czyszczenia i jako środek porotwórczy przy produkcji tworzyw sztucznych. Cząsteczki freonów dostają się do niższych partii atmosfery, gdzie pod wpływem światła ulegają rozpadowi, przy czym jednym z produktów rozpadu jest chlor. Wchodzi on w reakcje chemiczne z ozonem i niejako zabiera atom tlenu z jego cząsteczki. W ten sposób ozon zmienia się w zwykły tlen, a nad Ziemią rośnie dziura ozonowa. Co gorsz, jeden atom chloru może robić nawet 100 tys. cząsteczek ozonu.
Dlaczego Antarktyda?
Wkrótce naukowcy odkryli, że dziura ozonowa pojawia się również nad Arktyką. Na początku lat 90. zaobserwowano przerzedzanie się warstwy ozonowej również w szerokościach umiarkowanych – nad Europą i Ameryką Północną.
Dlaczego jednak ubytki w warstwie obserwowano głównie nad Antarktydą? Szacuje się, że okresowo prawie połowa ozonu znika, by pojawić się kilka tygodni lub miesięcy później. Prawdopodobną przyczyną tego zjawiska jest struktura chmur. Zimą, przy niskiej temperaturze, kropelki wody budujące chmury zamieniają się w kryształki lodu. Na powierzchni tych kryształów mogą swobodnie osiadać cząsteczki freonów i uwalniać chlor, który wczesną wiosną ze wzmożoną siłą atakuje cząsteczki ozonu.
Jak pozbyć się freonu?
W 1987 roku 24 kraje podpisały w Montrealu protokół wzywający do redukcji zużycia freonów. Naukowcy pracowali intensywnie, by znaleźć mniej szkodliwe dla środowiska substytuty tych substancji. Niestety, co najmniej kilka krajów, które podpisały porozumienie, nie wprowadziło w życie jego postanowień.
Na początku lat 90. zmieniono postanowienia tych umów. Obecnie ustalenia zakładają całkowite wyeliminowanie freonów od 2000 roku. Zakaz objął również inne szkodliwe wiązki – np. bromek metylu. Nie wolno również produkować freonu z myślą o sprzedaży do krajów, które jeszcze nie podpisały porozumienia. Kraje uprzemysłowione uruchomiły specjalne fundusze, mające wspomóc państwa biedniejsze w dostosowaniu się do nowych wymogów. Poza tym niewiele można zrobić dla poprawy sytuacji, ponieważ freony mają bardzo długi okres rozpadu i pozostaną w atmosferze jeszcze, przez co najmniej 100 lat.
EFEKT CIEPLARNIANY ( SZKLARNIOWY)
Polega na podwyższaniu się temperatury atmosfery. Ocieplenie klimatu Ziemi wynika ze wzrostu stężenia w powietrzu tzw. gazów szklarniowych – tlenków węgla (IV), tlenków azotu, metanu i innych węglowodorów oraz ich pochodnych, a także pary wodnej. Powstała w ten sposób powłoka, która przepuszcza docierające do powierzchni Ziemi promieniowanie słoneczne, ale zatrzymuje wysyłane przez Ziemię promieniowanie cieplne, czyli działa podobnie jak szyby szklarni.
Efekt cieplarniany nasila się od połowy XX wieku, kiedy zaczął rozwijać się przemysł i ilość CO2 w atmosferze wzrosła, wcześniej stężenie gazów cieplarnianych w atmosferze były stałe. Wzrost zawartości CO2 w powietrzu powoduje też zmniejszanie się powierzchni lasów – drzewa asymilują tlenek węgla (IV). Na efekt szklarniowy wpływają i inne czynniki, np. tempo wzrostu stężeń innych gazów cieplarnianych czy ich czas przebywania w powietrzu. Nie wiadomo do końca, jakie będą skutki tego procesu.
Szacuje się, że średnia temperatura na powierzchni Ziemi wzrośnie zaledwie o 2-3oC w ciągu najbliższych 50 lat, może to jednak spowodować topnienie lodowców, podniesienie poziomu mórz i oceanów oraz zalanie nisko położonych obszarów. Taki los grozi znacznej części Europy i innych kontynentów. Strefy klimatyczne ulegną przesunięciu, pustynie się powiększą, zmienią się również granice występowania niektórych roślin. Przeciwdziałać temu może bujniejszy wzrost roślin i nasilenie procesu fotosyntezy wywołane prze wzrost temperatury. Ważny też będzie rozkład opadów nad powierzchnią Ziemi, – jeżeli intensywne deszcze, powstające z parującej w podwyższonej temperaturze wody z mórz i oceanów będą występowały głównie na Arktyką i Antarktyką, to może się zdarzyć, że lodowców wcale nie ubędzie, bo będą szybciej narastać niż topnieć.