Dziura ozonowa: Różnice pomiędzy wersjami

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przeglądaj historię interaktywnie
[wersja przejrzana][wersja nieprzejrzana]
← poprzednia edycjanastępna edycja →
Usunięta treść Dodana treść
WizualnieWikikod
MOs810 (dyskusja | edycje)
Redaktorzy
64 509 edycji
Piteraq (dyskusja | edycje)
135 edycji
akt., źródła/przypisy, usunięcie niepasującego i nieaktualnego fragmentu, lekka zmiana organizacji - oddzielenie problemu przyczyn powstawania dziury od historii pomiarów.
Linia 2: Linia 2:
[[Plik:Min ozone.jpg|thumb|300px|Roczne minima ozonu nad Antarktydą]]
[[Plik:Min ozone.jpg|thumb|300px|Roczne minima ozonu nad Antarktydą]]


'''Dziura ozonowa''' – zjawisko spadku stężenia [[ozon]]u (O<sub>3</sub>) w [[stratosfera|stratosferze]] atmosfery ziemskiej. Występuje głównie w obszarach podbiegunowych. Tworzenie się i rozpad O<sub>3</sub> zachodzi pod wpływem światła, którego natężenie różni się dla danego obszaru w poszczególnych porach roku. Naturalna zawartość ozonu zmienia się z szerokością geograficzną<ref>ftp://toms.gsfc.nasa.gov/pub/omi/images/global/FULLDAY_GLOB.PNG.</ref>, dlatego trudno jest podać uniwersalną wartość stężenia granicznego, które określa pojawienie się dziury ozonowej. W przypadku [[Antarktyka|Antarktyki]] graniczna wartość stężenia O<sub>3</sub> określająca naturalny stan ozonosfery i dziurę ozonową wynosi 220 [[Jednostka Dobsona|DU]]<ref>[http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html Ozone Hole Watch: What is the Ozone Hole?]</ref>. Do 1979 nie notowano w tym rejonie niższych stężeń O<sub>3</sub>, a późniejsze spadki zawartości ozonu miały charakter antropogeniczny{{fakt|data=2013-12}}. Powstawanie dziury zwykle wiązane jest z emisją [[freony|freonów]].
'''Dziura ozonowa''' – zjawisko spadku stężenia [[ozon]]u (O<sub>3</sub>) w [[stratosfera|stratosferze]] atmosfery ziemskiej. Występuje głównie w obszarach podbiegunowych. Tworzenie się i rozpad O<sub>3</sub> zachodzi pod wpływem światła, którego natężenie różni się dla danego obszaru w poszczególnych porach roku. Naturalna zawartość ozonu zmienia się z szerokością geograficzną<ref>ftp://toms.gsfc.nasa.gov/pub/omi/images/global/FULLDAY_GLOB.PNG.</ref>, dlatego trudno jest podać uniwersalną wartość stężenia granicznego, które określa pojawienie się dziury ozonowej. W przypadku [[Antarktyka|Antarktyki]] graniczna wartość stężenia O<sub>3</sub> określająca naturalny stan ozonosfery i dziurę ozonową wynosi 220 [[Jednostka Dobsona|DU]]<ref>[http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html Ozone Hole Watch: What is the Ozone Hole?]</ref><ref name=":0">{{Cytuj |autor = Paul A. Newman, S. Randolph Kawa, Eric R. Nash |tytuł = On the size of the Antarctic ozone hole: ON THE SIZE OF THE ANTARCTIC OZONE HOLE |czasopismo = Geophysical Research Letters |data = 2004-11 |data dostępu = 2019-08-02 |wolumin = 31 |numer = 21 |s = n/a–n/a |doi = 10.1029/2004GL020596 |url = http://doi.wiley.com/10.1029/2004GL020596 |język = en}}</ref>. Do 1979 nie notowano w tym rejonie niższych stężeń O<sub>3</sub><ref name=":0" /><ref name=":1">{{Cytuj |autor = J. C. Farman, B. G. Gardiner, J. D. Shanklin |tytuł = Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction |czasopismo = Nature |data = 1985-5 |data dostępu = 2019-05-27 |issn = 0028-0836 |wolumin = 315 |numer = 6016 |s = 207–210 |doi = 10.1038/315207a0 |url = http://www.nature.com/articles/315207a0 |język = en}}</ref>, a późniejsze spadki zawartości ozonu miały charakter antropogeniczny<ref name=":2">{{Cytuj |autor = Aleksandra Kardaś |tytuł = Dziura ozonowa - historia sukcesu |data = 2019-06-24 |data dostępu = 2019-08-02 |opublikowany = naukaoklimacie.pl |url = https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/dziura-ozonowa-historia-sukcesu-365}}</ref><ref name=":3">{{Cytuj |autor = Susan Solomon |tytuł = Stratospheric ozone depletion: A review of concepts and history |czasopismo = Reviews of Geophysics |data = 1999 |data dostępu = 2019-08-02 |issn = 1944-9208 |wolumin = 37 |numer = 3 |s = 275–316 |doi = 10.1029/1999RG900008 |url = https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/1999RG900008 |język = en}}</ref>. Powstawanie dziury zwykle wiązane jest z emisją [[freony|freonów]]<ref name=":2" /><ref name=":3" /><ref name=":4" /><ref name=":5" />.


Działania podjęte w ramach zawartego w 1987 roku [[Protokół montrealski|protokołu montrealskiego]] doprowadziły do znaczącego spadku [[Substancje zubożające warstwę ozonową|substancji zubożających warstwę ozonową]]. Dzięki temu, według prognoz [[Organizacja Narodów Zjednoczonych|ONZ]], warstwa ozonowa może się całkowicie zregenerować do 2060 roku<ref>{{Cytuj stronę | url=https://nt.interia.pl/raporty/raport-kosmos/ziemia/news-dobre-wiesci-warstwa-ozonowa-sie-regeneruje,nId,2654434 | tytuł=Dobre wieści - warstwa ozonowa się regeneruje | data dostępu=2019-06-24 | opublikowany=interia.pl}}</ref>.
Działania podjęte w ramach zawartego w 1987 roku [[Protokół montrealski|protokołu montrealskiego]] doprowadziły do znaczącego spadku produkcji [[Substancje zubożające warstwę ozonową|substancji zubożających warstwę ozonową]]<ref name=":6">{{Cytuj |tytuł = Ozone-depleting substance consumption |data dostępu = 2019-08-02 |opublikowany = Our World in Data |url = https://ourworldindata.org/grapher/ozone-depleting-substance-consumption}}</ref> i zatrzymania wzrostu zasięgu dziury ozonowej<ref name=":2" /><ref name=":7">{{Cytuj |autor = Susan Solomon, Diane J. Ivy, Doug Kinnison, Michael J. Mills, Ryan R. Neely |tytuł = Emergence of healing in the Antarctic ozone layer |czasopismo = Science |data = 2016-07-15 |data dostępu = 2019-08-02 |issn = 0036-8075 |wolumin = 353 |numer = 6296 |s = 269–274 |doi = 10.1126/science.aae0061 |url = http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aae0061 |język = en}}</ref><ref name=":8">{{Cytuj |autor = Susan E. Strahan, Anne R. Douglass |tytuł = Decline in Antarctic Ozone Depletion and Lower Stratospheric Chlorine Determined From Aura Microwave Limb Sounder Observations: Antarctic O 3 Loss and Chlorine Decline |czasopismo = Geophysical Research Letters |data = 2018-01-16 |data dostępu = 2019-08-02 |wolumin = 45 |numer = 1 |s = 382–390 |doi = 10.1002/2017GL074830 |url = http://doi.wiley.com/10.1002/2017GL074830 |język = en}}</ref>. Dzięki temu, według prognoz [[Organizacja Narodów Zjednoczonych|ONZ]], warstwa ozonowa może się całkowicie zregenerować do 2060 roku<ref name=":9">{{Cytuj stronę | url=https://nt.interia.pl/raporty/raport-kosmos/ziemia/news-dobre-wiesci-warstwa-ozonowa-sie-regeneruje,nId,2654434 | tytuł=Dobre wieści - warstwa ozonowa się regeneruje | data dostępu=2019-06-24 | opublikowany=interia.pl}}</ref>.


== Dziura ozonowa a środowisko ==
== Dziura ozonowa a środowisko ==
Linia 13: Linia 13:
Ozon stratosferyczny powstaje w wyniku oddziaływania promieniowania ultrafioletowego pochodzącego ze Słońca na cząsteczki atmosferycznego tlenu. Powstały ozon zanika w reakcji katalitycznego rozpadu z atomami chloru, uwolnionymi po rozpadzie freonów.
Ozon stratosferyczny powstaje w wyniku oddziaływania promieniowania ultrafioletowego pochodzącego ze Słońca na cząsteczki atmosferycznego tlenu. Powstały ozon zanika w reakcji katalitycznego rozpadu z atomami chloru, uwolnionymi po rozpadzie freonów.


Problem pojawił się, gdy do powszechnego użycia wszedł związek CCl<sub>2</sub>F<sub>2</sub>, zwany [[dichlorodifluorometan|freonem-12]], oraz inne fluoropochodne metanu i etanu (w Polsce nazwane wspólnie [[Freony|freonami]]). Związki te wykorzystywane były w [[sprężarka]]ch, urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych, do produkcji lakierów, a także w przemyśle kosmetycznym i medycynie (jako [[Gaz nośny (spray)|gaz nośny]] dla substancji aplikowanych w postaci [[Spray|sprayu]])<ref name=":2" />. Cząsteczki freonów nie wchodzą w reakcję z innymi substancjami i nie rozpadają się w troposferze, mogą więc pozostawać w atmosferze w stanie niezmienionym przez ponad 100 lat<ref name=":2" /><ref name=":4" /><ref>{{Cytuj |autor = Mario J. Molina |tytuł = Polar Ozone Depletion |data = 1995-12-08 |opis = Wykład noblowski |wydawca = |url = https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/molina-lecture.pdf}}</ref>. Zainspirowani pracą [[Paul Crutzen|Paula Crutzena]] z 1970<ref>{{Cytuj |autor = P. J. Crutzen |tytuł = The influence of nitrogen oxides on the atmospheric ozone content |czasopismo = Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society |data = 1970-4 |data dostępu = 2019-05-27 |wolumin = 96 |numer = 408 |s = 320–325 |doi = 10.1002/qj.49709640815 |url = http://doi.wiley.com/10.1002/qj.49709640815 |język = en}}</ref>, w 1974 [[Mario Molina]] i [[Frank Sherwood Rowland|F. Sherwood Rowland]] opublikowali badania, z których wynikało, że gromadzenie się w atmosferze freonów może prowadzić, do niszczenia warstwy ozonowej<ref name=":4">{{Cytuj |autor = Mario J. Molina, F. S. Rowland |tytuł = Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: chlorine atom-catalysed destruction of ozone |czasopismo = Nature |data = 1974-6 |data dostępu = 2019-05-27 |issn = 0028-0836 |wolumin = 249 |numer = 5460 |s = 810–812 |doi = 10.1038/249810a0 |url = http://www.nature.com/articles/249810a0 |język = en}}</ref>. Po przejściu do ozonosfery freony rozkładają się pod wpływem promieniowania ultrafioletowego na pierwiastki: węgiel, fluor i chlor. Swobodne jony chlorowe są [[katalizator|katalizatorami]] rozkładu ozonu w zwykły tlen dwuatomowy<ref name=":2" /><ref name=":4" /><ref name=":3" />.
W czasie [[noc polarna|nocy polarnej]] duże obszary podbiegunowe znajdują się w półmroku albo są całkowicie nieoświetlone przez Słońce, dlatego wytwarzanie ozonu w tym obszarze ulega redukcji. Naturalny oraz wywołany zanieczyszczeniami rozpad trójatomowej cząsteczki tlenu nie zatrzymuje się w tym okresie, co prowadzi do zmniejszenia „grubości” warstwy ozonowej.


Po tym jak w pierwszej połowie lat osiemdziesiątych nad Antarktydą zaobserwowano spadki koncentracji ozonu do wcześniej nie notowanych poziomów<ref name=":1" />, rozpoczęto intensywne badania tego zjawiska<ref name=":3" />. Kolejne badania potwierdziły, że przyczyną zanikania ozonu rzeczywiście jest rosnąca koncentracja freonów<ref name=":2" /><ref name=":3" />. W 1986 i 1987 przeprowadzono pomiary na Antarktydzie i wskazano mechanizm ubywania ozonu stratosferycznego, związany z reakcją heterogeniczną, w której rolę katalizującą odgrywają [[polarne chmury stratosferyczne]]<ref name=":3" />. Za podstawowy wkład w zrozumienie chemii atmosfery i wyjaśnienie tajemnicy powstawania dziury ozonowej [[Susan Solomon]] otrzymała nagrodę [[Amerykańskie Towarzystwo Meteorologiczne|Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego]] natomiast Crutzen, Molina i Rowland - [[Nagroda Nobla|nagrodę Nobla]] w dziedzinie chemii, w 1995<ref name=":5">{{Cytuj |tytuł = The Nobel Prize in Chemistry 1995 |data dostępu = 2019-05-27 |opublikowany = NobelPrize.org |url = https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1995/press-release/ |język = en-US}}</ref><ref>{{Cytuj |autor = |tytuł = Mario Molina: Biography, Nobel Prize, & Facts |data = |data dostępu = 2019-05-27 |opublikowany = Encyclopedia Britannica |url = https://www.britannica.com/biography/Mario-Molina |język = en}}</ref>.
Problem pojawił się, gdy zaczęto używać związku CCl<sub>2</sub>F<sub>2</sub>, zwanego [[dichlorodifluorometan|freonem-12]], oraz innych fluoropochodnych metanu i etanu (nazwanych wspólnie freonami) do produkcji [[aerozol]]i. Związki te wykorzystywane były w [[sprężarka]]ch, urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych, do produkcji lakierów, w przemyśle kosmetycznym i medycynie.

Cząsteczki freonów nie wchodzą w reakcję z innymi substancjami i nie rozpadają się w troposferze, mogą więc pozostawać w atmosferze w stanie niezmienionym przez ponad 100 lat. Po przejściu do ozonosfery freony rozkładają się pod wpływem promieniowania ultrafioletowego na pierwiastki: węgiel, fluor i chlor. Wprawdzie węgiel spala się, a atomy fluoru łączą się ze sobą, ale chlor jest [[katalizator]]em rozkładu ozonu w zwykły tlen dwuatomowy.

Zainspirowani pracą [[Paul Crutzen|Paula Crutzena]] z 1970<ref>{{Cytuj |autor = P. J. Crutzen |tytuł = The influence of nitrogen oxides on the atmospheric ozone content |czasopismo = Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society |data = 1970-4 |data dostępu = 2019-05-27 |wolumin = 96 |numer = 408 |s = 320–325 |doi = 10.1002/qj.49709640815 |url = http://doi.wiley.com/10.1002/qj.49709640815 |język = en}}</ref>, w 1974 [[Mario Molina]] i [[Frank Sherwood Rowland|F. Sherwood Rowland]] opublikowali badania, z których wynikało, że gromadzenie się w atmosferze freonów może prowadzić, do niszczenia warstwy ozonowej<ref>{{Cytuj |autor = Mario J. Molina, F. S. Rowland |tytuł = Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: chlorine atom-catalysed destruction of ozone |czasopismo = Nature |data = 1974-6 |data dostępu = 2019-05-27 |issn = 0028-0836 |wolumin = 249 |numer = 5460 |s = 810–812 |doi = 10.1038/249810a0 |url = http://www.nature.com/articles/249810a0 |język = en}}</ref>. W 1982 roku doktor Joe Farman z [[British Antarctic Survey]], odkrył w czasie badań na Antarktydzie Zachodniej, że znaczna część pokrywy ozonowej nad biegunem zanikła<ref>{{Cytuj |autor = J. C. Farman, B. G. Gardiner, J. D. Shanklin |tytuł = Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction |czasopismo = Nature |data = 1985-5 |data dostępu = 2019-05-27 |issn = 0028-0836 |wolumin = 315 |numer = 6016 |s = 207–210 |doi = 10.1038/315207a0 |url = http://www.nature.com/articles/315207a0 |język = en}}</ref>. 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 przyczyną zanikania ozonu jest rosnąca koncentracja freonów. W 1986 i 1987 przeprowadzono pomiary na Antarktydzie i wskazano mechanizm ubywania ozonu stratosferycznego, związany z reakcją heterogeniczną, w której rolę katalizującą odgrywają [[polarne chmury stratosferyczne]]<ref>{{Cytuj |autor = Susan Solomon |tytuł = Stratospheric ozone depletion: A review of concepts and history |czasopismo = Reviews of Geophysics |data = 1999-8 |data dostępu = 2019-05-27 |wolumin = 37 |numer = 3 |s = 275–316 |doi = 10.1029/1999RG900008 |url = http://doi.wiley.com/10.1029/1999RG900008 |język = en}}</ref>. Za podstawowy wkład w zrozumienie chemii atmosfery i wyjaśnienie tajemnicy powstawania dziury ozonowej [[Susan Solomon]] otrzymała nagrodę [[Amerykańskie Towarzystwo Meteorologiczne|Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego]] natomiast Crutzen, Molina i Rowland - [[Nagroda Nobla|nagrodę Nobla]] w dziedzinie chemii, w 1995<ref>{{Cytuj |tytuł = The Nobel Prize in Chemistry 1995 |data dostępu = 2019-05-27 |opublikowany = NobelPrize.org |url = https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1995/press-release/ |język = en-US}}</ref><ref>{{Cytuj |autor = |tytuł = Mario Molina: Biography, Nobel Prize, & Facts |data = |data dostępu = 2019-05-27 |opublikowany = Encyclopedia Britannica |url = https://www.britannica.com/biography/Mario-Molina |język = en}}</ref>.

Badania wykazały, że przez ostatnie kilkanaście lat{{kiedy|data=2018-08}} stężenie ozonu w atmosferze ziemskiej stale się zmniejsza – średnio 0,2% rocznie. Obniżanie się zawartości tego gazu opisuje się jako powiększanie dziury ozonowej. Zjawisko to obserwuje się nie tylko nad [[Antarktyda|Antarktydą]], ale również na mniejszych szerokościach geograficznych, także nad Polską. Regularne badania ''grubości'' warstwy ozonowej rozpoczęto w latach 80. XX wieku. Posłużyły do tego [[sztuczny satelita|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{{kiedy|data=2018-08}} nad [[Arktyka|Arktyką]].


== Działania społeczności międzynarodowej w celu przeciwdziałania dziurze ozonowej ==
== Działania społeczności międzynarodowej w celu przeciwdziałania dziurze ozonowej ==
Linia 27: Linia 21:
W 1985 uchwalono [[Konwencja wiedeńska w sprawie ochrony warstwy ozonowej|''Konwencję wiedeńską w sprawie ochrony warstwy ozonowej'']], zobowiązującą państwa sygnatariuszy do ograniczenia emisji gazów powodujących zubażanie warstwy ozonowej{{fakt}}.
W 1985 uchwalono [[Konwencja wiedeńska w sprawie ochrony warstwy ozonowej|''Konwencję wiedeńską w sprawie ochrony warstwy ozonowej'']], zobowiązującą państwa sygnatariuszy do ograniczenia emisji gazów powodujących zubażanie warstwy ozonowej{{fakt}}.


W 1987 roku podpisano [[protokół montrealski]], międzynarodowe porozumienie mające na celu przeciwdziałanie dziurze ozonowej. Porozumienie doprowadziło do wprowadzenia przez 196 krajów regulacji, które doprowadziły do redukcji emisji substancji zubożających warstwę ozonową. Emisje niektórych substancji przyczyniających się do wzrostu dziury ozonowej zostały zredukowane aż o 90%<ref>{{Cytuj stronę | url=https://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Documents/O3_Assessments/Docs/WMO_2010/Q2_QA.pdf | tytuł=Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2010 Update | opublikowany=nasa.gov | język=en | data dostępu=2019-06-24}}</ref>.
W 1987 roku podpisano [[protokół montrealski]], międzynarodowe porozumienie mające na celu przeciwdziałanie dziurze ozonowej. Porozumienie doprowadziło do wprowadzenia przez 196 krajów regulacji, które doprowadziły do redukcji emisji substancji zubożających warstwę ozonową. Emisje niektórych substancji przyczyniających się do wzrostu dziury ozonowej zostały zredukowane aż o 90%<ref name=":10">{{Cytuj |tytuł = Scientific Assessment of Ozone Depletion 2018 |data dostępu = 2019-08-02 |opublikowany = www.esrl.noaa.gov |url = https://www.esrl.noaa.gov/csd/assessments/ozone/2018/ |język = en}}</ref><ref>{{Cytuj stronę | url=https://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Documents/O3_Assessments/Docs/WMO_2010/Q2_QA.pdf | tytuł=Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2010 Update | opublikowany=nasa.gov | język=en | data dostępu=2019-06-24}}</ref>.

== Historia pomiarów dziury ozonowej ==
Ubytki ozonu nad Antarktydą mają charakter sezonowy. W czasie [[noc polarna|nocy polarnej]] duże obszary podbiegunowe znajdują się w półmroku albo są całkowicie nieoświetlone przez Słońce, dlatego wytwarzanie ozonu w tym obszarze ulega redukcji. Jednocześnie na powierzchni kropelek tworzących chmury stratosferyczne zachodzą reakcje, w których powstają aktywne jony ClO<sup>-</sup>, których obecność utrudnia powstawanie ozonu. Koniec nocy polarnej i pojawienie się promieniowania ultrafioletowego przynosi wzmożenie reakcji niszczenia freonów i uwalniania swobodnych jonów Cl<sup>-</sup>, których obecność powoduje niszczenie ozonu.W efekcie nałożenia się tych zjawisk, wczesną wiosną (wrzesień - październik) nad biegunem pojawia się obszar o zawartości ozonu poniżej 220 DU czyli dziura ozonowa<ref name=":0" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />.

Obserwacje warstwy ozonowej nad biegunem południowym zostały wzmożone po tym, jak 1982 roku doktor Joe Farman z [[British Antarctic Survey]], odkrył że znaczna część pokrywy ozonowej nad biegunem zanikła<ref name=":1" />. 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 roku 1994 zaobserwowano rekordowo małe zawartości ozonu (średnia w dniach 21.09-16.10 wyniosła zaledwie 92 dobsony). Największy zasięg dziura ozonowa osiągnęła w roku 2006 (w dniach 7.09-13.10 wynosił on średnio 27 mln km<sup>2</sup>)<ref>{{Cytuj |tytuł = NASA Ozone Watch: Latest status of ozone |data dostępu = 2019-08-02 |opublikowany = ozonewatch.gsfc.nasa.gov |url = https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/statistics/annual_data.html}}</ref>.

Nad biegunem północnym do obniżenia zawartości ozonu dochodzi również wiosną, ale półkuli północnej (marzec - kwiecień). Jak dotąd tylko raz doszło tu do spadku zawartości ozonu poniżej 220 DU. Miało to miejsce w marcu 2011, po wyjątkowo długim okresie niskich temperatur w stratosferze i powstaniu w niej silnego wiru, w którym gromadziły się cząsteczki zanieczyszczeń<ref name=":2" /><ref>{{Cytuj |autor = Gloria L. Manney, Michelle L. Santee, Markus Rex, Nathaniel J. Livesey, Michael C. Pitts |tytuł = Unprecedented Arctic ozone loss in 2011 |czasopismo = Nature |data = 2011-10 |data dostępu = 2019-08-02 |issn = 0028-0836 |wolumin = 478 |numer = 7370 |s = 469–475 |doi = 10.1038/nature10556 |url = http://www.nature.com/articles/nature10556 |język = en}}</ref>.

W związku z wdrożeniem postanowień [[Protokół montrealski|protokołu montrealskiego]] światowa produkcja substancji niszczących ozon spadła niemal do zera<ref name=":6" /><ref name=":10" />. Mniej więcej od roku 2005 obserwuje się powolny wzrostowy trend zawartości ozonu w stratosferze nad biegunem południowym i spadek zasięgu dziury ozonowej (przy dużych wahaniach z roku na rok)<ref name=":2" /><ref name=":7" /><ref name=":8" />. Według prognoz [[Organizacja Narodów Zjednoczonych|ONZ]], warstwa ozonowa może się całkowicie zregenerować do 2060 roku<ref name=":9" />.

Odbudowa warstwy ozonowej może zostać opóźniona, jeśli pojawią się nowe emisje substancji niszczących ozon. W latach 2018-2019 opublikowano wyniki pomiarów wskazujące, że substancja [[Trichlorofluorometan|CFC-11]] jest ponownie lub w dalszym ciągu wykorzystywana w Chinach<ref>{{Cytuj |autor = Stephen A. Montzka, Geoff S. Dutton, Pengfei Yu, Eric Ray, Robert W. Portmann |tytuł = An unexpected and persistent increase in global emissions of ozone-depleting CFC-11 |czasopismo = Nature |data = 2018-5 |data dostępu = 2019-08-02 |issn = 0028-0836 |wolumin = 557 |numer = 7705 |s = 413–417 |doi = 10.1038/s41586-018-0106-2 |url = http://www.nature.com/articles/s41586-018-0106-2 |język = en}}</ref><ref>{{Cytuj |autor = M. Rigby, S. Park, T. Saito, L. M. Western, A. L. Redington |tytuł = Increase in CFC-11 emissions from eastern China based on atmospheric observations |czasopismo = Nature |data = 2019-5 |data dostępu = 2019-08-02 |issn = 0028-0836 |wolumin = 569 |numer = 7757 |s = 546–550 |doi = 10.1038/s41586-019-1193-4 |url = http://www.nature.com/articles/s41586-019-1193-4 |język = en}}</ref>. Władze chińskie zadeklarowały, że problem ten zostanie jednak rozwiązany<ref>{{Cytuj |autor = Letters |tytuł = China’s efforts to protect the ozone layer |czasopismo = The Guardian |data = 2018-08-05 |data dostępu = 2019-08-02 |issn = 0261-3077 |url = https://www.theguardian.com/environment/2018/aug/05/chinas-efforts-to-protect-the-ozone-layer |język = en-GB}}</ref>.


== Dziura ozonowa i kosmiczne katastrofy ==
== Dziura ozonowa i kosmiczne katastrofy ==

Wersja z 20:46, 2 sie 2019

Dziura ozonowa nad Antarktydą (zdjęcia z 2006)
Roczne minima ozonu nad Antarktydą

Dziura ozonowa – zjawisko spadku stężenia ozonu (O3) w stratosferze atmosfery ziemskiej. Występuje głównie w obszarach podbiegunowych. Tworzenie się i rozpad O3 zachodzi pod wpływem światła, którego natężenie różni się dla danego obszaru w poszczególnych porach roku. Naturalna zawartość ozonu zmienia się z szerokością geograficzną[1], dlatego trudno jest podać uniwersalną wartość stężenia granicznego, które określa pojawienie się dziury ozonowej. W przypadku Antarktyki graniczna wartość stężenia O3 określająca naturalny stan ozonosfery i dziurę ozonową wynosi 220 DU[2][3]. Do 1979 nie notowano w tym rejonie niższych stężeń O3[3][4], a późniejsze spadki zawartości ozonu miały charakter antropogeniczny[5][6]. Powstawanie dziury zwykle wiązane jest z emisją freonów[5][6][7][8].

Działania podjęte w ramach zawartego w 1987 roku protokołu montrealskiego doprowadziły do znaczącego spadku produkcji substancji zubożających warstwę ozonową[9] i zatrzymania wzrostu zasięgu dziury ozonowej[5][10][11]. Dzięki temu, według prognoz ONZ, warstwa ozonowa może się całkowicie zregenerować do 2060 roku[12].

Dziura ozonowa a środowisko

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 komórek. U ludzi i zwierząt mogą wywoływać zmiany nowotworowe.

Freony jako źródło powstawania dziury ozonowej

 Główny artykuł: Substancje zubożające warstwę ozonową.

Ozon stratosferyczny powstaje w wyniku oddziaływania promieniowania ultrafioletowego pochodzącego ze Słońca na cząsteczki atmosferycznego tlenu. Powstały ozon zanika w reakcji katalitycznego rozpadu z atomami chloru, uwolnionymi po rozpadzie freonów.

Problem pojawił się, gdy do powszechnego użycia wszedł związek CCl2F2, zwany freonem-12, oraz inne fluoropochodne metanu i etanu (w Polsce nazwane wspólnie freonami). Związki te wykorzystywane były w sprężarkach, urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych, do produkcji lakierów, a także w przemyśle kosmetycznym i medycynie (jako gaz nośny dla substancji aplikowanych w postaci sprayu)[5]. Cząsteczki freonów nie wchodzą w reakcję z innymi substancjami i nie rozpadają się w troposferze, mogą więc pozostawać w atmosferze w stanie niezmienionym przez ponad 100 lat[5][7][13]. Zainspirowani pracą Paula Crutzena z 1970[14], w 1974 Mario Molina i F. Sherwood Rowland opublikowali badania, z których wynikało, że gromadzenie się w atmosferze freonów może prowadzić, do niszczenia warstwy ozonowej[7]. Po przejściu do ozonosfery freony rozkładają się pod wpływem promieniowania ultrafioletowego na pierwiastki: węgiel, fluor i chlor. Swobodne jony chlorowe są katalizatorami rozkładu ozonu w zwykły tlen dwuatomowy[5][7][6].

Po tym jak w pierwszej połowie lat osiemdziesiątych nad Antarktydą zaobserwowano spadki koncentracji ozonu do wcześniej nie notowanych poziomów[4], rozpoczęto intensywne badania tego zjawiska[6]. Kolejne badania potwierdziły, że przyczyną zanikania ozonu rzeczywiście jest rosnąca koncentracja freonów[5][6]. W 1986 i 1987 przeprowadzono pomiary na Antarktydzie i wskazano mechanizm ubywania ozonu stratosferycznego, związany z reakcją heterogeniczną, w której rolę katalizującą odgrywają polarne chmury stratosferyczne[6]. Za podstawowy wkład w zrozumienie chemii atmosfery i wyjaśnienie tajemnicy powstawania dziury ozonowej Susan Solomon otrzymała nagrodę Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego natomiast Crutzen, Molina i Rowland - nagrodę Nobla w dziedzinie chemii, w 1995[8][15].

Działania społeczności międzynarodowej w celu przeciwdziałania dziurze ozonowej

 Osobny artykuł: protokół montrealski.

W 1985 uchwalono Konwencję wiedeńską w sprawie ochrony warstwy ozonowej, zobowiązującą państwa sygnatariuszy do ograniczenia emisji gazów powodujących zubażanie warstwy ozonowej[potrzebny przypis].

W 1987 roku podpisano protokół montrealski, międzynarodowe porozumienie mające na celu przeciwdziałanie dziurze ozonowej. Porozumienie doprowadziło do wprowadzenia przez 196 krajów regulacji, które doprowadziły do redukcji emisji substancji zubożających warstwę ozonową. Emisje niektórych substancji przyczyniających się do wzrostu dziury ozonowej zostały zredukowane aż o 90%[16][17].

Historia pomiarów dziury ozonowej

Ubytki ozonu nad Antarktydą mają charakter sezonowy. W czasie nocy polarnej duże obszary podbiegunowe znajdują się w półmroku albo są całkowicie nieoświetlone przez Słońce, dlatego wytwarzanie ozonu w tym obszarze ulega redukcji. Jednocześnie na powierzchni kropelek tworzących chmury stratosferyczne zachodzą reakcje, w których powstają aktywne jony ClO-, których obecność utrudnia powstawanie ozonu. Koniec nocy polarnej i pojawienie się promieniowania ultrafioletowego przynosi wzmożenie reakcji niszczenia freonów i uwalniania swobodnych jonów Cl-, których obecność powoduje niszczenie ozonu.W efekcie nałożenia się tych zjawisk, wczesną wiosną (wrzesień - październik) nad biegunem pojawia się obszar o zawartości ozonu poniżej 220 DU czyli dziura ozonowa[3][5][6].

Obserwacje warstwy ozonowej nad biegunem południowym zostały wzmożone po tym, jak 1982 roku doktor Joe Farman z British Antarctic Survey, odkrył że znaczna część pokrywy ozonowej nad biegunem zanikła[4]. 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 roku 1994 zaobserwowano rekordowo małe zawartości ozonu (średnia w dniach 21.09-16.10 wyniosła zaledwie 92 dobsony). Największy zasięg dziura ozonowa osiągnęła w roku 2006 (w dniach 7.09-13.10 wynosił on średnio 27 mln km2)[18].

Nad biegunem północnym do obniżenia zawartości ozonu dochodzi również wiosną, ale półkuli północnej (marzec - kwiecień). Jak dotąd tylko raz doszło tu do spadku zawartości ozonu poniżej 220 DU. Miało to miejsce w marcu 2011, po wyjątkowo długim okresie niskich temperatur w stratosferze i powstaniu w niej silnego wiru, w którym gromadziły się cząsteczki zanieczyszczeń[5][19].

W związku z wdrożeniem postanowień protokołu montrealskiego światowa produkcja substancji niszczących ozon spadła niemal do zera[9][16]. Mniej więcej od roku 2005 obserwuje się powolny wzrostowy trend zawartości ozonu w stratosferze nad biegunem południowym i spadek zasięgu dziury ozonowej (przy dużych wahaniach z roku na rok)[5][10][11]. Według prognoz ONZ, warstwa ozonowa może się całkowicie zregenerować do 2060 roku[12].

Odbudowa warstwy ozonowej może zostać opóźniona, jeśli pojawią się nowe emisje substancji niszczących ozon. W latach 2018-2019 opublikowano wyniki pomiarów wskazujące, że substancja CFC-11 jest ponownie lub w dalszym ciągu wykorzystywana w Chinach[20][21]. Władze chińskie zadeklarowały, że problem ten zostanie jednak rozwiązany[22].

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 prawdopodobieństwo wystąpienia takiej katastrofy w ciągu najbliższego stulecia jest znikome. 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 tak zwane wymieranie permskie spowodowane było przez mutacje o zasięgu globalnym wynikające z długotrwałego narażenia na silne promieniowanie UV-B, będące konsekwencją zniszczenia warstwy ozonowej przez gazy zawierające chlor, brom i kwas siarkowy, pochodzące ze wzmożonej aktywności wulkanicznej lub źródeł hydrotermalnych[23].

Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ ftp://toms.gsfc.nasa.gov/pub/omi/images/global/FULLDAY_GLOB.PNG.
  2. ↑ Ozone Hole Watch: What is the Ozone Hole?
  3. ↑ a b c Paul A. Newman, S. Randolph Kawa, Eric R. Nash, On the size of the Antarctic ozone hole: ON THE SIZE OF THE ANTARCTIC OZONE HOLE, „Geophysical Research Letters”, 31 (21), 2004, n/a–n/a, DOI: 10.1029/2004GL020596 [dostęp 2019-08-02] (ang.).
  4. ↑ a b c J.C. Farman, B.G. Gardiner, J.D. Shanklin, Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction, „Nature”, 315 (6016), 1985, s. 207–210, DOI: 10.1038/315207a0, ISSN 0028-0836 [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  5. ↑ a b c d e f g h i j Aleksandra Kardaś, Dziura ozonowa - historia sukcesu [online], naukaoklimacie.pl, 24 czerwca 2019 [dostęp 2019-08-02].
  6. ↑ a b c d e f g Susan Solomon, Stratospheric ozone depletion: A review of concepts and history, „Reviews of Geophysics”, 37 (3), 1999, s. 275–316, DOI: 10.1029/1999RG900008, ISSN 1944-9208 [dostęp 2019-08-02] (ang.).
  7. ↑ a b c d Mario J. Molina, F.S. Rowland, Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: chlorine atom-catalysed destruction of ozone, „Nature”, 249 (5460), 1974, s. 810–812, DOI: 10.1038/249810a0, ISSN 0028-0836 [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  8. ↑ a b The Nobel Prize in Chemistry 1995 [online], NobelPrize.org [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  9. ↑ a b Ozone-depleting substance consumption [online], Our World in Data [dostęp 2019-08-02].
  10. ↑ a b Susan Solomon i inni, Emergence of healing in the Antarctic ozone layer, „Science”, 353 (6296), 2016, s. 269–274, DOI: 10.1126/science.aae0061, ISSN 0036-8075 [dostęp 2019-08-02] (ang.).
  11. ↑ a b Susan E. Strahan, Anne R. Douglass, Decline in Antarctic Ozone Depletion and Lower Stratospheric Chlorine Determined From Aura Microwave Limb Sounder Observations: Antarctic O 3 Loss and Chlorine Decline, „Geophysical Research Letters”, 45 (1), 2018, s. 382–390, DOI: 10.1002/2017GL074830 [dostęp 2019-08-02] (ang.).
  12. ↑ a b Dobre wieści - warstwa ozonowa się regeneruje. interia.pl. [dostęp 2019-06-24].
  13. ↑ Mario J. Molina, Polar Ozone Depletion, Wykład noblowski, 8 grudnia 1995.
  14. ↑ P.J. Crutzen, The influence of nitrogen oxides on the atmospheric ozone content, „Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society”, 96 (408), 1970, s. 320–325, DOI: 10.1002/qj.49709640815 [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  15. ↑ Mario Molina: Biography, Nobel Prize, & Facts [online], Encyclopedia Britannica [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  16. ↑ a b Scientific Assessment of Ozone Depletion 2018 [online], www.esrl.noaa.gov [dostęp 2019-08-02] (ang.).
  17. ↑ Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2010 Update. nasa.gov. [dostęp 2019-06-24]. (ang.).
  18. ↑ NASA Ozone Watch: Latest status of ozone [online], ozonewatch.gsfc.nasa.gov [dostęp 2019-08-02].
  19. ↑ Gloria L. Manney i inni, Unprecedented Arctic ozone loss in 2011, „Nature”, 478 (7370), 2011, s. 469–475, DOI: 10.1038/nature10556, ISSN 0028-0836 [dostęp 2019-08-02] (ang.).
  20. ↑ Stephen A. Montzka i inni, An unexpected and persistent increase in global emissions of ozone-depleting CFC-11, „Nature”, 557 (7705), 2018, s. 413–417, DOI: 10.1038/s41586-018-0106-2, ISSN 0028-0836 [dostęp 2019-08-02] (ang.).
  21. ↑ M. Rigby i inni, Increase in CFC-11 emissions from eastern China based on atmospheric observations, „Nature”, 569 (7757), 2019, s. 546–550, DOI: 10.1038/s41586-019-1193-4, ISSN 0028-0836 [dostęp 2019-08-02] (ang.).
  22. ↑ Letters, China’s efforts to protect the ozone layer, „The Guardian”, 5 sierpnia 2018, ISSN 0261-3077 [dostęp 2019-08-02] (ang.).
  23. ↑ Henk Visscher i inni, Environmental mutagenesis during the end-Permian ecological crisis, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 101 (35), 2004, s. 12952–12956, DOI: 10.1073/pnas.0404472101, PMID: 15282373, PMCID: PMC516500.

Bibliografia

  • J.E. Andrews, P. Brimblecombe, T.D. Jickells, P.S. Liss: Wprowadzenie do chemii środowiska. Warszawa: WNT, 1999.
  • P. O’Neil: Chemia środowiska. Warszawa, Wrocław: PWN, 1997.
  • Hans Vockenhuber: Bomba zegarowa: ozon. Warszawa: Oficyna Wydawnicza SPAR, 1995. ISBN 83-86625-04-X.

Linki zewnętrzne

Globalne ocieplenie i zmiana klimatu
badanie
przyczyny
opinie i reakcje
polityka

Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Dziura_ozonowa&oldid=57185993”