Dziura ozonowa
Dziura ozonowa, spadek zawartości ozonu (O3) na wysokości 15-20 km głównie w obszarze bieguna południowego, obserwowany od końca lat 80. Tempo spadku wynosi ok. 3% na rok.
Powstawanie dziury ozonowej
Największe znaczenie mają w tym procesie związki chlorofluorowęglowe ( freony), z których uwolniony chlor (pod wpływem promieniowania ultrafioletowego) atakuje cząsteczki ozonu, prowadząc do wyzwolenia tlenu (O2) oraz tlenku chloru (ClO).
Tempo globalnego spadku ozonu stratosferycznego pod wpływem działalności człowieka (z wyjątkiem Antarktydy), oszacowane na podstawie badań satelitarnych, wynosi 0,4-0,8% na rok w północnych, umiarkowanych szerokościach geograficznych i mniej niż 0,2% w tropikach.
Powłoka ozonowa jest naturalnym filtrem chroniącym organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym. W celu jej ochrony z inicjatywy UNEP (Program Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych) przedstawiciele 31 państw podpisali w 1987 Protokół Montrealski - umowę zakładającą 50-procentowy spadek produkcji freonów do roku 2000, w stosunku do 1986. Od 1990 obserwowane jest zmniejszenie tempa wzrostu freonów w atmosferze - z5% rocznie do mniej niż 3%.
W 1995 Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii przyznano za badania nad wpływem freonów na ozon atmosferyczny ( M. Molina, F.S. Rowland) oraz badania nad powstawaniem i reakcjami ozonu atmosferycznego (P. Crutzen-chemik holenderski).
Ozon, (trójtlen, O3), nietrwała odmiana alotropowa tlenu, rozkłada się samorzutnie w temperaturze pokojowej do O2 i ozonu. Kąt między wiązaniami w cząsteczce ozonu wynosi 116,8°. Cząsteczka ozonu posiada moment dipolowy 0,46 D.
Pierwsze heterotrofy i autotrofy
Ozon jest niebieskawym gazem o ostrej woni, trującym. Temperatury topnienia, wrzenia i krytyczna są wyższe dla ozonu aniżeli dla tlenu. W porównaniu z tlenem, rozpuszczalność ozonu w wodzie jest ok. 13 razy większa. Ozon jest silnym utleniaczem, reaguje z rtęcią i srebrem dając tlenki.
W roztworach wodnych ozon utlenia związki żelaza, dwuwartościowego manganu, wodorosiarczki, cyjanki, azotyny, jodki, substancje powierzchniowo czynne, pestycydy fosforoorganiczne ( pestycydy), węglowodory oraz liczne inne związki organiczne. Ozon jest wytwarzany przez wyładowania elektryczne w powietrzu lub tlenie w tzw. ozonizatorach.
Powstawanie dziury ozonowej
Jest stosowany do dezynfekcji wody i ścieków, niekiedy w kombinacji z naświetlaniem promieniowaniem UV lub dodatkiem H2O2. Ponadto służy do bielenia olejów, wosków, skrobi, a także jako utleniacz w pojazdach kosmicznych ( ozonoliza, dziura ozonowa).
Efekt cieplarniany
Przez efekt cieplarniany rozumiemy wzrost w atmosferze tzw. gazów cieplarnianych do których zaliczamy głównie parę wodną (H2O), dwutlenek węgla (CO2) i metan (CH4).
Udział tych gazów w całkowitym efekcie cieplarnianym jest następujący:
para wodna ............................................................. 96 %
dwutlenek węgla...................................................... 2,44 % metan.......................................................................0.6%
pozostałe (podtlenek azotu N2O, freony i inne).........0,96 % ---------------------------------------------- 100 %
W ostatnich dziesięcioleciach ma miejsce wzrost obecności w atmosferze gazów cieplarnianych, a szczególności dwutlenku węgla. Jeśli w przeszłości jego udział w atmosferze był na poziomie ok. 0,029% i utrzymywał się na stałym poziomie, to w roku 1994 wynosił już 0,0389% (obecnie ok. 0,040%%).
Wzrost zawartości w atmosferze gazów cieplarnianych prowadzi do wzrostu temperatury Ziemi, co jest z kolei przyczyną zmian klimatycznych.
W ciągu ostatniego stulecia temperatura Ziemi wzrosła o 0,3 - 0,6 o C, a poziom mórz i oceanów podwyższył się o 10 - 25 cm. Topnienie lodów podbiegunowych prowadzi do zalewania znacznych powierzchni lądów z reguły żyznych i gęsto zaludnionych. Lodowce górskie Alaski topnieją szybciej niż sądzono. Wypływająca z nich woda podnosi poziom oceanów o ok. 1,5 mm rocznie.
W ostatnich latach obserwujemy w świecie coraz szybciej rosnącą liczbę różnych pogodowych wydarzeń ekstremalnych jak : powodzie, tornada, huragany, susze. Rosnąca temperatura mórz i oceanów prowadzi do gwałtowności huraganów powstających nad tymi akwenami (Tajwan, Bermudy, USA).
Przyszłe lata mogą się charakteryzować epizodami zimna i suszy, po ciepłych zimach mogą przyjść niebezpieczne upały. Wzrośnie ryzyko rokrocznych powodzi w rejonach już zagrożonych, a z drugiej strony wzrostu szybkości parowania, prowadzącego do powiększania się obszarów pustynnych.
Jeżeli tempo emisji gazów cieplarnianych pozostanie na obecnym poziomie, możemy się spodziewać w roku 2100 podniesienia temperatury Ziemi o jeden stopień, a poziomu mórz o dalsze 15 cm i podwojenia zawartości dwutlenku węgla w atmosferze.
Istnienie zjawiska efektu cieplarnianego tłumaczy się tym, że do Ziemi dociera ze Słońca energia cieplna w formie promieniowania termicznego o częstotliwości, dla której atmosfera ziemska jest przenikalna. Wartość tej częstotliwości promieniowania termicznego zależy od temperatury źródła, którym w tym przypadku jest Słońce.
Absorbująca tę energię Ziemia staje się nowym źródłem promieniowania termicznego, ale o bardzo niskiej temperaturze (15oC) w stosunku do temperatury korony Słońca (ok. 6000oC) . Dla tego rodzaju promieniowania termicznego o nowej częstotliwości, atmosfera ziemska stanowi częściową zaporę w jego emisji. Czynnikiem wpływającym na utrudnienie tej emisji jest właśnie obecność w atmosferze gazów cieplarnianych głównie dwutlenku węgla.
Można więc powiedzieć, że energia cieplna wpada w pewnego rodzaju „pułapkę”.
Efekt cieplarniany może być spowodowany przyczynami naturalnymi i antropogenicznymi (działalnością człowieka).
Problem źródeł efektu cieplarnianego jest bardzo złożony.
Co do udziału tych źródeł naukowcy nie mają wspólnego stanowiska, bowiem zawartość dwutlenku węgla w atmosferze nigdy nie była stała. Szereg naturalnych zjawisk w przyrodzie, jak: fotosynteza roślinnego planktonu, wybuchy wulkanów, spadek jasności Słońca ma istotny wpływ na regulację ziemskiego klimatu.
Naukowcy przypisujący źródłom naturalnym główne znaczenie przyjmują, że udział człowieka w emisji dwutlenku węgla wynosi tylko ok. 3,4%.
Naukowcy z Międzynarodowego Zespołu ds. Klimatu (JPCC) działającego przy ONZ twierdzą, że dwutlenek węgla emitowany do atmosfery w coraz większej ilości jako skutek działalności człowieka, jest główna przyczyną efektu cieplarnianego i przewidują, że jeżeli obecne tempo emisji CO2 nie ulegnie zmianie, to średnia temperatura Ziemi w roku 2100 może wzrosnąć o ok. 1.4 - 5.8 0C.
Źródłem rokrocznie rosnącej ilości dwutlenku węgla pochodzenia antropogenicznego procesy energetyczne oparte na paliwach kopalnych w wyniku ich spalania jak: węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny w celu uzyskania użytecznych form energii końcowej. Odpowiedzialnymi za ten stan jest głównie energetyka, transport i ciepłownictwo.
Ograniczenie emisji CO2 do atmosfery można osiągnąć różnymi metodami.
Programy międzynarodowe będą zmierzały do restrukturyzacji przemysłu energetycznego polegającej na eliminowaniu elektrowni opartych na węglu i ropie naftowej. Coraz więcej energii będzie pozyskiwanej z alternatywnych źródeł energii, jak: promieniowanie słoneczne, wiatr, spadek wód, biomasy itd.
Energia jądrowa będzie w coraz większym stopniu wykorzystywana tak w produkcji energii elektrycznej jak i w ciepłownictwie. Wymaga to jednak przełamania oporów społecznych związanych z obawami o zagrożeniach jakie niesie ze sobą ten rodzaj energii.
Obecnie produkcja przemysłowa biopaliwa ma miejsce w 20 krajach. Planuje się że, w UE do roku 2005 udział dodatków w benzynie i oleju napędowym ma osiągnąć 2%, a w roku 2010 aż 5,75%. W warunkach polskich jest to możliwe do osiągnięcia, a niebawem może być obowiązkowe.
Kolejnym źródłem energii pochodzącej z odnawialnych zasobów przyrody, to surowiec drzewny i roślinny. Topola, wierzba energetyczna (Salix viminalis), drzewo wiklinowe (paliwo przyszłości) i topinambur, to przykłady tych źródeł.
Także wykorzystanie w Polsce biogazu pochodzącego z fermentacji metanowej gnojowicy, odpadów roślinnych, ścieków i odpadów komunalnych, to dalsze źródła energii korzystniejszej dla środowiska. Zasilanych jest w ten sposób w Polsce 20 elektrowni gazowych. Istnieje potencjalna możliwość uzyskania 1 - 1,5 mld m3 biogazu rocznie, co nabiera szczególnie znaczenia, biorąc pod uwagę, że energia gazu opałowego uzyskanego w ten sposób wynosi 20.000 - 27.000 kJ/m3.
Wspólnym mianownikiem powyższych źródeł energii jest zerowa emisja CO2 do atmosfery. Ma tu miejsce zamknięty obieg CO2. W okresie wzrostu rośliny w wyniku procesu fotosyntezy dwutlenek węgla jest przez nie pochłaniany z atmosfery, aby w procesie spalania był emitowany z powrotem do atmosfery.
Ograniczenie emisji CO2 do atmosfery to także rozwiązania urbanistyczne zmierzające do zapewnienia płynności ruchu samochodowego w miastach, a także jego ograniczenie poprzez zachętę do korzystania ze środków komunikacji miejskiej. Nie bez znaczenia jest też promowanie ruchu rowerowego poprzez budowę ścieżek rowerowych. Z sondaży opinii społecznej wynika, że jest duże zainteresowanie ich budową (49,2%), nawet kosztem zmniejszenia wydatków na drogi dla samochodów (66,5%). Długość ścieżek rowerowych w Polsce wynosi tylko ok. 400 km, gdy tymczasem wielu mieszkańców dużych miast już zazwyczaj używa roweru.
Wielostronne i różnorodne działania służą jednemu celowi - ograniczeniu emisji dwutlenku węgla do atmosfery, co warunkuje normalną egzystencję