Wyk. Katarzyna Bartoszuk

Pojęcie dziury ozonowej

Zjawisko zmniejszonego stężenia

ozonu (O3) w stratosferze atmosfery
ziemskiej, występujące głównie w
obszarach podbiegunowych.
Powstawanie dziury wiązane jest
zazwyczaj z emisją freonów
spowodowaną działalnością
człowieka.

Powstawanie dziury ozonowej

Dziura ozonowa powstaje wskutek niszczenia

warstwy ozonowej przez związki chemiczne,

zwane freonami. Pod wpływem promieniowania

ultrafioletowego freony ulegają fotolizie, w

wyniku czego uwalniane zostają atomy chloru.

Chlor wchodzi w reakcję z ozonem, tworząc

równie aktywny tlenek chloru (ClO) oraz zwykły

tlen (O2). Następnie reakcja dwóch cząsteczek

tlenku chloru prowadzi do powstania cząsteczki

dwutlenku chloru (ClO2) oraz uwolnienia

kolejnego atomu chloru, który rozbija następne

cząsteczki ozonu. Oprócz tego dwutlenek chloru

może ulegać rozpadowi na atom chloru oraz

dwuatomową cząsteczkę tlenu.

Reakcje chemiczne zachodzące

podczas niszczenia ozonu:

C

n

Cl

x

F

y

C

n

F

y

+ x Cl

Cl + O

3

ClO + O

2

2 ClO ClO

2

+ Cl

ClO

2

Cl + O

2

Przedstawione powyżej reakcje przebiegają aż do

całkowitego wyczerpania się cząsteczek ozonu

lub do momentu usunięcia chloru wskutek innych

reakcji chemicznych.Ocenia się, że roczne tempo

spadku zawartości ozonu wynosi poniżej 0,2% w

okolicach równika oraz od 0,4 do 0,8% w

umiarkowanych szerokościach geograficznych.

Jednak największe (i wciąż zwiększające się)

tempo spadku ozonu stratosferycznego obserwuje

się w rejonie bieguna południowego w okresie

wczesnojesiennym (przełom września i

października). W okresie 1987-92 całkowita

zawartość ozonu stratosferycznego zmniejszyła

się o ponad 50% w stosunku do zawartości z 1970

roku, kiedy to średnia październikowa wynosiła

jeszcze 300D ( 1D [dobson] - jednostka używana

do określania koncentracji ozonu, nazwana na

cześć konstruktora przyrządów pomiarowych ).

Można zadać pytanie: dlaczego

dziura ozonowa powstaje właśnie nad
Antarktydą (na półkuli południowej),
mimo że największa emisja gazów
niszczących ozon występuje na
półkuli północnej, na terenach
najbardziej rozwiniętych i
uprzemysłowionych

Rozwój dziury ozonowej nad

Antarktydą

Mechanizm powstawania dziury

ozonowej nad Antarktydą:

Powietrze zanieczyszczone freonami, halonami i innymi

gazami, na skutek różnic ciśnień zostaje wprawione w ruch i jest

przenoszone na pewne odległości. Wraz z wielkoskalowymi

prądami powietrznymi w atmosferze ziemskiej (wiatrami

stratosferycznymi) masy zanieczyszczonego powietrza są

następnie roznoszone po całej kuli ziemskiej. Obecnie freony

występują nad całą powierzchnią kuli ziemskiej, nawet w

miejscach tak odległych od uprzemysłowionych terenów (Europa,

USA), jak Antarktyda. W okresie, kiedy na półkuli północnej

rozpoczyna się pora wiosenna, nad Antarktydą zaczyna się noc

polarna. Tworzy się wtedy regularny, stabilny, trwający pół roku

wir, w którym powietrze krąży wokół bieguna południowego.

Masy powietrza antarktycznego są wtedy całkowicie odizolowane

od dopływu powietrza równikowego, zawierającego zawsze

wysokie stężenie ozonu stratosferycznego. Reakcje niszczenia

ozonu przez freony przebiegają szybciej, niż reakcje powstawania

ozonu, zatem jego koncentracja wyraźnie ulega zmniejszeniu. W

1982 roku zaobserwowano kilkudniowy całkowity brak ozonu w

dolnych warstwach stratosfery.Z przedstawionego powyżej

mechanizmu powstawania dziury ozonowej można łatwo

zauważyć, jak bardzo ważną rolę dla ludzkości spełniają lasy

równikowe, które poprzez produkcję olbrzymich ilości tlenu

atmosferycznego (O2) umożliwiają powstawanie ozonu (O3).

Przyczyny tworzenia się dziury

ozonowej nad Antarktydą:

W atmosferze wieją wiatry, które roznoszą

zanieczyszczone gazami, w tym freonami, powietrze po

całej kuli ziemskiej, także nad obszary Antarktydy,

mimo iż znajduje się ona najdalej od terenów będących

źródłem emisji (USA, Europa). Kiedy na biegunie

południowym zapada noc polarna formuje się nad nim

bardzo stabilny i regularny wir, który trwa pół roku.

Wówczas obszary te są całkowicie pozbawione dopływu

zawierającego wysokie stężenie ozonu powietrza

okołorównikowego. Stąd nad Antarktydą reakcje

niszczenia ozonu zachodzą intensywniej niż jego

tworzenia. Na biegunie północnym w okresie trwania

nocy polarnej również obserwuje się zjawisko dziury

ozonowej, nie jest ono jednak tak duże jak na biegunie

południowym. Dzieje się tak, ponieważ na półkuli

północnej masy powietrza równikowego łatwiej

docierają na obszary biegunowe, co jest spowodowane

ich mniejszą izolacją niż kontynentu Antarktycznego.

Gazy niszczące ozon

Wśród gazów wywierających niszczący wpływ na warstwę ozonową

największy udział mają freony, halony oraz tlenki azotu.Pod

względem chemicznym freony (CFC) są pochodnymi chlorowcowymi

węglowodorów nasyconych. W cząsteczce zawierają atomy chloru i

fluoru, niekiedy również bromu. Powstają przez działanie

fluorowodorem na halogenopochodne metanu lub etanu w

obecności katalizatora - pięciochlorku antymonu. Niższe freony

charakteryzują się znaczną prężnością pary w niskich

temperaturach i wysokim ciepłem parowania. Ze względu na dużą

pojemność cieplną mają znaczny udział w zwiększaniu się efektu

cieplarnianego. Nie mają zapachu lub posiadają zapach eteru. Są

bezbarwne i nietoksyczne. Znalazły zastosowanie w produkcji

urządzeń chłodzących i klimatyzacyjnych oraz (obecnie coraz

rzadziej) w produkcji kosmetyków i dezodorantów. Najbardziej

znanymi i najczęściej używanymi freonami jest

dichlorodifluorometan (CCl2F2), zwany freonem F-12 oraz

dichlorotetrafluoroetan (C2Cl2F4), zwany freonem F-114. Obecnie

oblicza się, że w atmosferze znajduje się ponad 20 mln ton

freonów.Halony są pochodnymi fluorowcowymi metanu i etanu. Są

nietoksycznymi gazami lub cieczami. Nie ulegają spalaniu.

Stosowane są do produkcji gaśnic halonowych.Tlenki azotu powstają

w ozonosferze głównie w wyniku spalania paliw przez silniki

samolotów i rakiet. W znacznych ilościach tlenki azotu wydzielane

są do ozonosfery również w wyniku wybuchów jądrowych.

Skutki tworzenia się dziury

ozonowej:

Zmniejszenie się ilości ozonu w atmosferze może mieć

poważne konsekwencje dla życia na Ziemi. Jest on

odpowiedzialny za pochłanianie promieniowania

ultrafioletowego docierającego do naszego globu ze Słońca.

Promieniowanie to jest bardzo szkodliwe dla wszelkich

organizmów żywych. Prowadzi do uszkodzeń komórek,

poprzez oparzenia skóry. Może powodować zmiany w ich

materiale genetycznym i wywoływać tym samym choroby

nowotworowe (m. in. czerniak). Nadmiar promieniowania UV

przyczynia się także do osłabienia odporności organizmów, a

w konsekwencji zwiększenia ryzyka zarażenia chorobami

wirusowymi i pasożytniczymi. Przyspiesza także procesy

starzenia się skóry. Jest również niebezpieczny dla oczu -

może być przyczyną m. in. zaćmy. Wzrost promieniowania

UV niekorzystnie wpływa także na rośliny. Może prowadzić

do uszkodzeń wielu gatunków roślin żywieniowych, co z kolei

może wpłynąć na zmniejszenie produkcji i pogorszenie

jakości żywności. Zanik ozonu w atmosferze prowadzi także

do zmian klimatycznych na Ziemi.

Powstające na skutek działania słońca
plamy soczewicowate. Plama
soczewicowata złośliwa jest czemiakiem
in situ, ale zmiana ta charakteryzuje się
niskim potencjałem złośliwości i może
pozostawać niezmienna przez całe
dziesięciolecia. Gdy nabiera cech
inwazyjnych, staje się równie złośliwa jak
każdy czemiak.

Piegi są to małe, niezłośliwe
plamy barwnikowe,
zlokalizowane w miejscach
narażonych na działanie
promieniowania słonecznego.
Długotrwałe przebywanie na
słońcu sprawia, że piegi
ciemnieją i zwiększa się ich
liczba.

Ochrona warstwy ozonowej

Już w 1971 roku dwóch chemików zauważyło i
udowodniło niszczący wpływ freonów na warstwę
ozonową atmosfery. Byli nimi prof. Sherwood Rowland i
dr Mario Molina (laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie
chemii z 1995 roku). Komisja do spraw ochrony
środowiska ONZ zwróciła uwagę na to zjawisko dopiero w
1976 roku. Od tego czasu freony znalazły się na liście
związków chemicznych niebezpiecznych dla środowiska
naturalnego. Konkretne działania mające na celu
niedopuszczenie do zmniejszania się warstwy ozonowej
nad powierzchnią kuli ziemskiej zaczęto jednak
podejmować dopiero od 1982 roku, kiedy to dr Joe
Farman odkrył na Antarktydzie Zachodniej całkowity
zanik ozonu w atmosferze. W 1987 roku w celu ochrony
warstwy ozonowej z inicjatywy UNEP (Programu Ochrony
Środowiska Narodów Zjednoczonych) 31 państw (w tym
Polska) podpisało Protokół Montrealski. Zakładano w nim
50 - procentowe ograniczenie produkcji freonów do 2000
roku w stosunku do wartości z 1986 roku.

Od 1990 roku rzeczywiście obserwuje się zmniejszenie
tempa wzrostu freonów w atmosferze - z 5% rocznie do
mniej niż 3%. Ponadto 11 października 1990 roku Polska
stała się członkiem Konwencji Wiedeńskiej w sprawie
ochrony warstwy ozonowej, w myśl której zakazana jest
produkcja freonów oraz import zagranicznych urządzeń
chłodzących zawierających freony. Można więc mówić o
znacznym wzroście świadomości władz i społeczeństwa,
co jest pocieszającym zjawiskiem. W produkcji
kosmetyków i dezodorantów nie stosowane są już
praktycznie freony, a jako nośniki używane są inne,
nieszkodliwe dla środowiska gazy - propan i butan.
Kosmetyki te oznaczane są jako "CFC frez" lub "ozon
friendly" (przyjazne ozonowi). Także nowoczesne lodówki i
chłodziarki są urządzeniami bezfreonowymi.
Jednak pomimo wszelkich działań mających na celu
niedopuszczenie do dalszej emisji freonów i halonów, w
ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat nie stanie się
możliwe odbudowanie warstwy ozonu nawet do grubości
sprzed 20 laty.