Dziura ozonowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
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]. Do 1979 nie notowano w tym rejonie niższych stężeń O3, a późniejsze spadki zawartości ozonu miały charakter antropogeniczny[potrzebny przypis]. Powstawanie dziury zwykle wiązane jest z 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 pochodzącego ze 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) do produkcji aerozoli. Związki te wykorzystywane były w sprężarkach, 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 katalizatorem rozkładu ozonu w zwykły tlen dwuatomowy.

Zainspirowani pracą Paula Crutzena z 1970[3], 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[4]. 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[5]. 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[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[7][8].

Badania wykazały, że przez ostatnie kilkanaście lat[kiedy?] 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 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[kiedy?] nad Arktyką.

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

Dziura ozonowa i kosmiczne katastrofy[edytuj | edytuj kod]

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[9].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. ftp://toms.gsfc.nasa.gov/pub/omi/images/global/FULLDAY_GLOB.PNG.
  2. Ozone Hole Watch: What is the Ozone Hole?
  3. 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, DOI10.1002/qj.49709640815 [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  4. Mario J. Molina, F.S. Rowland, Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: chlorine atom-catalysed destruction of ozone, „Nature”, 249 (5460), 1974, s. 810–812, DOI10.1038/249810a0, ISSN 0028-0836 [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  5. 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, DOI10.1038/315207a0, ISSN 0028-0836 [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  6. Susan Solomon, Stratospheric ozone depletion: A review of concepts and history, „Reviews of Geophysics”, 37 (3), 1999, s. 275–316, DOI10.1029/1999RG900008 [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  7. The Nobel Prize in Chemistry 1995, NobelPrize.org [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  8. Mario Molina: Biography, Nobel Prize, & Facts, Encyclopedia Britannica [dostęp 2019-05-27] (ang.).
  9. Publikacja w otwartym dostępie – możesz ją bezpłatnie przeczytać 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, DOI10.1073/pnas.0404472101, PMID15282373, PMCIDPMC516500.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • 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[edytuj | edytuj kod]