Karol Baczewski
kl. III
Dziura ozonowa
Kiedy na szerszą skalę zastosowano związek CCl2F2 zwany freonem 12 oraz inne fluoropochodne metanu i etanu (nazwanych wspólnie: freonami lub CFC) do produkcji aerozoli, wydawało się to prawdziwą rewolucją w zastosowaniu chemii w przemyśle i gospodarstwie domowym.
Związki te zaczęto używać powszechnie w czasie II wojny światowej w urządzeniach rozpylających substancje służące do zwalczania komarów roznoszących malarię. Jeszcze wcześniej odkryto przydatność freonów w konstrukcji systemów chłodzących: w sprężarkach lodówek, chłodniach i urządzeniach klimatyzacyjnych. Z dnia na dzień pojawiały się następne zastosowania przy produkcji lakierów, w przemyśle kosmetycznym i medycynie. Związki te okazały się też użyteczne jako delikatne środki czyszczące w przemyśle komputerowym. Wydawało się, że freony mają cechy idealnej wprost substancji chemicznej. Zupełnie nieszkodliwe, są bowiem nieaktywne chemicznie, czyli nie reagują z substancjami, z którymi się stykają, a więc nie powodują korozji, nie drażnią skóry, nie rozpuszczają się w wodzie, a ponadto nie gromadzą się w dolnej warstwie atmosfery ziemskiej, czyli tam, gdzie miałyby styczność z żywymi organizmami.
Jednak okazało się, że pozornie cudowne cechy freonów: trwałość, obojętność i nietoksyczność, szykują ekologiczny podstęp. Cząsteczki tych gazów nie wchodzą w reakcję z innymi substancjami i nie rozpadają się, mogą, więc żyć w atmosferze ponad 100 lat. Właśnie owa niezniszczalność freonów oraz lekkość pozwalająca na przenikanie aż do ozonosfery zaniepokoiły w 1971 roku dwóch chemików: amerykańskiego profesora Sherwooda. Rowlanda i Meksykanina dr Mario Molina. Z ich założeń wynikało, że w ozonosferze miliony ton lekkich freonów pod wpływem promieniowania ultrafioletowego rozkładają się na pierwiastki : węgiel (C), który spala się, fluor (F) oraz chlor (Cl), który reaguje z ozonem.
W prawdzie węgiel spala się, ale fluor i jeszcze silniej chlor rozpoczynają reakcję łańcuchową z ozonem powodując tworzenie się tlenków i powstawanie „zwykłego” tlenu dwuatomowego.
Tę hipotezę Rowlanda i Molina zaatakowali chemicy z koncernów produkujących aerozole, co zdopingowało obu chemików do dostarczenia dowodów eksperymentalnych. Po badaniach laboratoryjnych oraz pomiarach prowadzonych na wysokości 34 km za pomocą stratostatów z freonem uzyskano wyniki potwierdzające (niestety!) słuszność wysuniętej hipotezy.
Hipoteza stała się teorią, ale dopiero w 1976 roku Komisja do spraw Ochrony Środowiska ONZ oraz rządy: USA, Kanady i krajów należących do Wspólnego Rynku zwróciły uwagę na to niebezpieczne zjawisko.
Freony znalazły się na liście związków groźnych dla środowiska.
Mimo świadomości zagrożenia wynikającego ze zmniejszenia się ilości ozonu i uświadomienia w 1974 roku niewątpliwego wpływu freonów na ten proces, światowe postępy akcji zapobiegawczych były przez kolejne lata raczej mizerne, aż do 1982 roku, kiedy to dr Joe Farman wraz z zespołem w czasie rutynowych badań brytyjskiej Stacji Naukowej „Hallei Bay” na Antarktydzie Zachodniej odkrył, że znaczna część pokrywy ozonowej nad biegunem zniknęła. Odkrycie było tak szokujące, że podejrzewano raczej błąd urządzeń pomiarowych, tym bardziej że pomiary ozonu prowadzone równolegle przez satelitarną stację meteorologiczną NASA (Agencja Badań Przestrzeni Kosmicznej) niczego takiego nie wykazały.
Badania z następnych lat potwierdziły (a nawet były jeszcze bardziej alarmujące) wyniki Farmana. Jeszcze raz sprawdzono pomiary satelitarne i okazało się, że też wskazały na zanik ozonu tylko, że komputery odrzuciły wyniki, bo nie był przewidziany w programie.
Przez następne lata „dziura” nad biegunem powiększyła się tak, że w październiku 1987 roku ilość ozonu była tam o 50% mniejsza, niż przed jej odkryciem, w 1979 roku w wyższych warstwach zniknęło nawet ponad 95% ozonu.
Geofizycy używają do określania koncentracji ozonu jednostek nazywanych (na cześć konstruktora przyrządów do pomiaru) dobsonami. Średni poziom ozonu nad Ziemią wynosi 300 D (dobsonów). Najmniej ozonu jest nad równikiem (ok.250 D).
Szczegółowe badania prowadzone przez 150 naukowców wykazały ponad wszelką wątpliwość, że za zanik ozonu odpowiedzialna była rosnąca koncentracja freonów.
Czemu właśnie nad Antarktydą zanik ozonu stał się tak wyraźny?
Gdyby w stratosferze nie wiały żadne wiatry, największe ilości ozonu obserwowalibyśmy na wysokości ponad 30 km nad równikiem. Wiatry stratosferyczne jednak istnieją i spychają powietrze wzbogacone w ozon znad równika w stronę biegunów.
Na początku antarktycznej nocy polarnej (czyli wtedy, gdy u nas zaczyna się wiosna) nad całym obszarem Antarktydy formuje się bardzo regularny i bardzo stabilny wir, w którym powietrze przez pół roku krąży wokół bieguna. Następstwa odizolowania od dopływu powietrza równikowego są oczywiste: procesy rozpadu ozonu biorą górę nad procesami jego wytwarzania i ilość ozonu nad Antarktydą zaczyna maleć.
Do 1970 roku średnia październikowa utrzymywała się w poziomie 300 D (dobsonów). W latach 70 i 80 obniżała się niemal bez przerwy, by w 1990 roku osiągnąć już tylko połowę swej dawnej wartości. W tymże roku po raz pierwszy w historii w dolnych warstwach stratosfery nad Antarktydą zanotowano kilkudniowy całkowity brak ozonu.
Aby zrozumieć ciężar wytaczanego freonom oskarżenia o zabójstwo ozonu, należy uświadomić sobie, co oznacza warstwa ozonu w atmosferze ziemskiej dla wszystkich form życia na planecie. Ozon, forma tlenu z trzema atomami (zamiast dwóch jak w „normalnym” tlenie), jest sam w sobie wyraźnie toksyczny. Nawet 1 cząstka tego gazu na milion części powietrza jest już dla ludzi trująca. Blisko powierzchni Ziemi ozon jest trucizną, która współuczestniczy w tworzeniu smogu fotochemicznego i kwaśnego deszczu. Na szczęście w niższej warstwie atmosfery - troposferze - znajduje się nie więcej niż 10% ozonu, pozostałe 90% gromadzi się wysoko w stratosferze. Już 15 - 50 km w górę od powierzchni Ziemi ozon staje się pożyteczny, tworzy warstwę ochronną dla życia. Ozon jest bowiem jedynym gazem w atmosferze, który zatrzymuje nadmiar promieniowania ultrafioletowego. Już w 1881 roku stwierdzono, że zawartą w tym promieniowaniu energię przetwarza na ciepło, dzięki czemu spełnia też funkcję atmosferycznego termoregulatora. Gdyby nie ten filtr, promieniowanie UV mogłoby zniszczyć życie na lądzie i w powierzchniowych warstwach wody.
Naukowcy twierdzą, że jeżeli freon zwiąże kilka procent ozonu z ozonosfery, to może dojść do znacznego zniszczenia życia na Ziemi. Już strata 1% ozonosfery spowodować może wzrost promieniowania UV na Ziemi, a przez to niszczenie chlorofilu , zmiany klimatyczne, wzrost liczby zachorowań na raka skóry i choroby oczu (głównie na zaćmę). A w atmosferze jest już ponad 20.000.000 ton freonu!
W Polsce systematyczne pomiary ilości ozonu prowadzi od 30 lat Centralne Obserwatorium Geofizyczne PAN w Bielsku koło Grójca. Ozon potrafi zachowywać się kapryśnie. Jego ilość nad Bielskiem potrafi wzrosnąć niemal dwukrotnie w ciągu paru dni, by w ciągu następnych paru dni opaść do stanu wyjściowego. Jednak od piętnastu już lat z tych ozonowych szumów wyłania się coraz wyraźniejszy i coraz bardziej niepokojący sygnał: ogólnie rzecz biorąc, ozonu nad nami jest coraz mniej. Spadek ilości ozonu zaznacza się szczególnie wyraźnie w miesiącach zimowych, w których jest go teraz ok. 4% mniej niż w miesiącach zimowych przy końcu lat 60. Na przełomie stycznia i lutego 1992 roku przykrywająca Polskę warstwa ozonu była przez kilka dni niemal dwukrotnie cieńsza od przeciętnej. Zanotowano 191 D, gdy zazwyczaj o tej porze pomiary wynosiły 350 D. W połowie lutego sytuacja się poprawiła, co nie oznacza jednak, iż zniknęły wszelkie powody do obaw.
Choroba, która trapi naszą atmosferę i która polega na stopniowym zaniku warstwy ozonu, najwyraźniej nie zamierza ograniczyć się do obszaru Antarktydy (gdzie wystąpiła najwcześniej) ani nawet do półkuli południowej. Podobne do antarktycznej „dziury ozonowe” mogą pojawiać się wprost nad naszymi głowami. Nawet skutki tej niewielkiej ilości promieniowania, jaka zwykle docierała do powierzchni Ziemi, może już stanowić poważne ostrzeżenie wobec sytuacji, która będzie powstawała po zubożeniu warstwy ozonowej.
Organizmy ludzkie bronią się wprawdzie przed nadmiarem ultrafioletu produkując ochronną warstwę pigmentu (efekt takiej obrony nazywamy opalenizną). Także niektóre gatunki drobnych organizmów planktonowych w strefie Antarktydy, nad którą nastąpiło już zubożenie warstwy ozonowej, produkują pigment - melaninę, ale te możliwości samoobrony są ograniczone. Nadmiar promieni UV (a zwłaszcza szczególnie groźnej frakcji UVB) powoduje osłabienie odporności na zarażenia chorobami wirusowymi (np. wirusem opryszczki - herpes, czego często doświadczają narciarze na wiosnę w górach, gdzie jest szczególnie dużo UV) i pasożytniczymi. Co najgroźniejsze jednak, uszkodzony system odpornościowy organizmu ułatwia powstawanie różnych form nowotworów, zwłaszcza skóry. Najzłośliwsza forma raka skóry - czerniak, rozwija się często z przebarwień (powstałych także po opalaniu), znamion i „pieprzyków”. Szczególnie więc osoby z takimi znamionami skóry powinny unikać słońca.
Według danych Programu Ochrony środowiska ONZ usunięcie 10% ozonu spowoduje zwiększenie zachorowań na raka skóry o 26%. Według statystyk amerykańskich w samych tylko Stanach Zjednoczonych umiera co roku na raka skóry 12000 osób, a największy procent zgonów obserwuje się w najsłoneczniejszych stanach: Kalifornii i Florydzie.
Nawet bez takich groźnych przypadków chorób jak rak, mało komu nadmiar UV poprawia urodę.
Promieniowanie ultrafioletowe przyspiesza proces starzenia się skóry i wczesne pojawianie się takich zmian, jak zgrubienia, przebarwienia, zmarszczki. Również w niebezpieczeństwie są oczy. Wiele osób zna już skutki długiego przebywania na słońcu, zwłaszcza nad wodą czy na śniegu - zaczerwienienie, podrażnienie spojówek. Lekarze uważają, że jest to też jedną z przyczyn powstawania zaćmy, szczególnie u ludzi na najsłoneczniejszych obszarach globu. Na całym świecie, jak podaje światowa Organizacja Zdrowia, żyje co najmniej 40.000.000 ludzi, którzy z powodu zaćmy utracili wzrok lub mają ograniczone widzenie, a liczba ta stale wzrasta, zwłaszcza w strefach szczególnie pogarszającego się stanu warstwy ozonowej.
Wzrost promieniowania UV na obszarach największego rozrzedzenia warstwy ozonu nie tylko wpływa niekorzystnie na zdrowie ludzkie, także wpływa na produkcję żywności i pogorszenie się jej jakości. Ponad dwie trzecie gatunków roślin, u których sprawdzono reakcję na ultrafiolet, okazało się wrażliwych na promieniowanie. Większość z nich to podstawowe gatunki zbóż i innych roślin uprawnych.
Promieniowanie UV przenika także w głąb wody, nieraz nawet poniżej 20m w przypadku wód przezroczystych. Plankton zwierzęcy i roślinny jest szczególnie wrażliwy na promieniowanie wszelkie uszkodzenia i zmniejszenia produkcji planktonu odbijają się natychmiast w dalszych ogniwach łańcucha pokarmowego. Ucierpi więc produkcja ryb i zmniejszą się wyniki połowów.
Polska podpisała Protokół Montrealski i jest także od 11 października 1990 roku członkiem Konwencji Wiedeńskiej w sprawie ochrony warstwy ozonowej. Przystąpiliśmy do tej konwencji tylko jako użytkownicy, ponieważ nie produkuje się u nas freonów ani halonów. Zobowiązania wobec konwencji dotyczą zakazu importu i używania produktów zawierających te substancje. Nie będzie to jednak takie proste. W Polsce większość lodówek zawiera freony i dużo czasu upłynie, nim zastąpi je generacja bezfreonowych urządzeń. Ciągle też mimo podpisanej konwencji ukazują się w sklepach dezodoranty i inne kosmetyki oraz farby w aerozolach wycofane już w innych krajach.
Pomimo podjętych działań i zakładając, że rzeczywiście zobowiązania międzynarodowe okażą się, iż są przeprowadzone zgodnie z deklaracjami, musi upłynąć dużo czasu, nim warstwa ozonu znów zostanie odbudowana. Naukowcy przewidują, że powrót chociażby do stanu obserwowanego w 1982 roku potrwa nawet i do 100 lat. Co jednak może zwykły obywatel, by przyspieszyć proces oczyszczania atmosfery?
W wielu przypadkach od naszej decyzji zależy, co wybierzemy: dezodorant oparty na freonie czy dezodorant z „kulką” lub z napisem „ozone friendly” (przyjazny ozonowi) lub „CFC free” i oparty na nieszkodliwych nośnikach (np. gazach propan butan). Taka osobista decyzja, choć może wydaje się śmiesznie nieistotna, jeśli chodzi o ilość „zaoszczędzonego” ozonu, jest dowodem naszej odpowiedzialności wobec środowiska i pewnej ekologicznej samodyscypliny. Z sumy maleńkich decyzji powstają duże efekty. To możemy zrobić dla Ziemi. Co możemy zrobić dla siebie?
Musimy przyjąć zasadę, że wpływ promieni słonecznych jest bardziej szkodliwy niż dobroczynny. Oznacza to rezygnację ze smażenia się na słońcu, zwłaszcza w godzinach południowych. Nie zapominajmy też o delikatnych brzegach uszu. Oczy najlepiej chronią okulary ze specjalnego szkła zatrzymującego promieniowanie UV. Zwykłe ciemne szkła nie są dobrym zabezpieczeniem. Wszystko wskazuje, że taka będzie moda na nadchodzące lata z „dziurą”.
Źródła:
Internet
Encyklopedia Multimedialna - Wszechświat
1
7