Dziura ozonowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
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]. Do 1979 r. nie notowano w tym rejonie niższych stężeń O3, a późniejsze spadki zawartości ozonu miały charakter antropogeniczny[potrzebne źródło]. Powstawanie dziury wiązane jest zazwyczaj z antropogeniczną emisją freonów.

Dziura ozonowa a środowisko[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]

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

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. Naturalny oraz wywołany zanieczyszczeniami rozpad trójatomowej 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 związkami CFC – ang. chlorofluorocarbon) do produkcji aerozoli. Związki te wykorzystywane były:

  • w sprężarkach,
  • w urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych,
  • do produkcji lakierów,
  • w przemyśle kosmetycznym,
  • w 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 katalizatorem rozkładu ozonu w zwykły tlen dwuatomowy.

Po raz pierwszy dziurę ozonową zaobserwowano w 1985 roku nad Antarktydą. Doprowadziło to do uchwalenia w tym samym roku Konwencji Wiedeńskiej w sprawie ochrony warstwy ozonowej. Zakładała ona konieczność ograniczenia produkcji freonów, halonów i tlenków azotu, bezpośrednio odpowiedzialnych za zanikanie warstwy ozonowej.

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. 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. Za podstawowy wkład w zrozumienie chemii atmosfery i wyjaśnienie tajemnicy powstawania dziury ozonowej Susan Solomon otrzymała nagrodę Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego.

Badania stężenia ozonu w atmosferze ziemskiej wykazały, że przez ostatnie kilkanaście lat 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 Antarktydą, ale również na mniejszych szerokościach geograficznych, także nad Polską. Regularne badania grubości 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.

Dziura ozonowa i kosmiczne katastrofy[edytuj | edytuj kod]

Dziura ozonowa nad Antarktydą (zdjęcia z roku 2006)

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. 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 tzw. wymieranie permskie 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.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • H. Visscher, C.V. Looy, M.E. Collinson, H. Brinkhuis. Environmental mutagenesis during the end-Permian ecological crisis. „PNAS”. 101 (35), s. 12952–12956, 2004-08-31. doi:10.1073/pnas.0404472101. 
  • 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 838662504X.