Dziura ozonowa

Dziura ozonowa to miejscowe zmniejszenie ozonu stratosferycznego. Obserwowana głównie w regionach arktycznych (D.T. Shindell i inni 1998, s. 580-590).

TL;DR

Dziura ozonowa to zmniejszenie ozonu stratosferycznego, które powstaje głównie w regionach arktycznych. Ozon to trójatomowa odmiana tlenu, która chroni Ziemię przed szkodliwym promieniowaniem. Powstawanie dziury ozonowej jest spowodowane działaniem substancji chłodzących, takich jak freony, które akumulują się w atmosferze i niszczą ozon. Dziura ozonowa ma negatywny wpływ na środowisko, powodując wzrost zachorowań na nowotwór skóry i zmniejszenie plonów. Podjęto działania mające na celu ograniczenie korzystania z substancji chłodzących, aby zapobiec dalszemu powstawaniu dziury ozonowej.

Warstwa ozonowa

Ozon (O₃) to trójatomowa odmiana tlenu (O₂). Ostro pachnący oraz wybuchowy gaz o barwie błękitnej. Jest bardzo silnym utleniaczem wykorzystywanym w przemyśle. W atmosferze znajduje się w bardzo niskich stężeniach stanowiąc około 0,00005 masy całej atmosfery.

Ozon w atmosferze jest rozłożony niejednorodnie. W troposferze (8-15 km od powierzchni ziemi) znajduje się około 10 procent ogólnej masy ozonu. W stratosferze (do 50 km) znajduje się 90 procent ogólnej masy ozonu, tworząc warstwę ozonową chroniącą Ziemię przed szkodliwym dla życia promieniowaniem. Warstwa posiada różną grubość, która zależy od pór roku i miejsca. Najgrubsza jest na równiku, a najcieńsza nad biegunami (Z. Makles, M. Galwas-Zakrzeska 2004, s. 25-26).

Powstawanie dziury ozonowej

Pierwsze metody chłodnicze wykorzystywały środowisko naturalne. Przechowywanie żywności odbywało się przy udziale lodu i wydrążonym w nim dziur. Później wykorzystywano jaskinie, bądź specjalnie przygotowane pomieszczenia, ale dalej konieczne było posiadanie lodu jako czynnika chłodzącego. Dopiero wojna secesyjna i zaprzestanie dostarczania lodu przez Północ, zmusiło Południe do znalezienia sposobu na sztuczne wytwarzanie lodu.

Pierwsze maszyny chłodzące powstały w 1810 roku i wykorzystywały absorpcję. W 1860 roku opatentowano maszynę, która w procesie absorpcji wykorzystywała amoniak. Wytwarzano również urządzenia oparte o dwutlenek węgla, eter metylu oraz etylu, propanu, izobutanu. Jednak dalszy rozwój i zyskanie popularności wśród sektora domowego wymusiło poszukiwanie nowego ziębnika. Dotychczasowe miały słabą wydajność, a także były niebezpieczne w momencie gdyby doszło do rozszczelnienia urządzenia. Poszukiwania skupiały się na znalezieniu substancji, która byłaby niepalna, bezpieczna dla użytkownika, wydajna i mieszała się ze smarowidłami.

Wynikiem poszukiwań było znalezienie substancji opartych o chlor, jod, fluor z węglem oraz brom, jednak nie zdawano sobie sprawy ze szkodliwości jaką te związki za sobą niosą. Dopiero w roku 1974 S. Roland i M. Molina odkryli, że związki te akumulują się w atmosferze i przyczyniają się do efektu cieplarnianego. Ponadto okazało się, że związki bromu i chloru wchodzą w reakcję katalityczną z ozonem będąc w konsekwencji odpowiedzialne za jego rozpad, co w kolejnie prowadzi do powstawania dziury ozonowej (D. Skrzyniowska 2012, s. 138-139). Sam rozpad jest ciągiem reakcji chemicznych, które kończą się w momencie wyczerpania ozonu, bądź chloru i wyglądają następująco (Kostrzewa W. i inni 2016, s. 23):

“Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego freony ulegają fotolizie, w wyniku czego uwalniane zostają atomy chloru:

C_nCl_xF_y → C_nF_y + xCl

Chlor wchodzi w reakcję z ozonem, tworząc aktywny tlenek chloru oraz tlen:

Cl+O₃ →ClO+O₂

Następnie reakcja dwóch cząsteczek tlenku chloru prowadzi do powstania cząsteczki dwutlenku chloru (ClO2) oraz uwolnienia kolejnego atomu chloru, który wchodzi w reakcję z cząsteczką ozonu:

2ClO →ClO₂ + Cl

Dwutlenek chloru może ulegać również rozpadowi na atom chloru i cząsteczkę tlenu:

ClO₂ → Cl + O₂"

Wpływ dziury ozonowej na środowisko

Warstwa ozonowa stanowi ochronę dla warunków życia jakie panują na Ziemi. Jako jedyny gaz powstrzymuje szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe (UV-B). Równocześnie zapobiega wychłodzeniu planety poprzez pochłaniania promieniowania podczerwonego (Z. Makles, M. Galwas-Zakrzeska 2004, s. 25-26). Brak równowagi tego ważnego dla istnienia życia na Ziemi gazu powoduje zmianę warunków atmosferycznych, wpływając na temperaturę i działając dodatnio na efekt cieplarniany. Dziura ozonowa pozwala na przenikanie większej ilości szkodliwego dla organizmów żywych promieniowania powodując tym samym m.in. wzrost zachorowań na nowotwór skóry, czy niszczenie chlorofilu w roślinach co w konsekwencji prowadzi do mniejszych plonów i głodu (Kostrzewa W. i inni 2016, s. 24).

Zapobieganie powstawaniu dziury ozonowej

W chwili kiedy zorientowano się, że freony mają tak niszczący wpływ na ozon oraz środowisko, podjęto kroki mające na celu ograniczyć korzystanie z ziębników będących pochodną chloru i bromu. W tym celu stworzono Protokół Montrealski, który po późniejszych poprawkach londyńskich mówi o całkowitej eliminacji ziębników mających negatywny wpływ na warstwę ozonową (D. Skrzyniowska 2012 , s. 139).

Dziura ozonowa — artykuły polecane

Główne problemy ekologiczne — Degradacja biosfery — Emisja gazów cieplarnianych — Biodegradacja — Liofilizacja — Koagulacja — Efekt cieplarniany — Zanieczyszczenie powietrza — Fracking

Bibliografia

• Kostrzewa W., Gawdzińska K., Behrendt C., Berczyński S. (2016), Określenie częstości i liczby występowania uszkodzeń systemów chłodniczych jednostek rybackich, Zeszyty naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, nr 96
• Makles Z., Galwas-Zakrzeska M. (2004), Ozon - bezpieczeństwo ludzi i środowiska, Bezpieczeństwo Pracy, nr 4
• Protokół Montrealski w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową sporządzony w Montrealu dnia 16 września 1987 r. Dz.U. 1992 nr 98 poz. 490
• Shindell D., Rind D., Lonergan P. (1998), Increased polar stratospheric ozone losses and delayed eventual recovery owing to increasing greenhouse-gas concentrations, Nature, nr 392
• Skrzyniowska D. (2012), Czynniki ziębnicze - substancje zubożające warstwę ozonową- obowiązki osób używających czynników będących substancjami kontrolowanymi, Czasopismo Techniczne, zeszyt 28

Autor: Mateusz Abram