SNC03569

zachorowań na raka skóry. Duże dawki tego promieniowania przyczyniają się <j₀ osłabienia układu odpornościowego, są przyczyną powstawania katarakty - uszkodzą, nia narządu wzroku. Nadmierne promieniowanie UV oddziałuje szkodliwie na wzrog roślin i zwierząt, ogranicza rozwój fitoplanktonu, co wpływa na funkcjonowanie ekosystemów lądowych i wodnych (zob. rozdz. 3.6). Uszczuplenie warstwy ozonowej prowadzi do zmniejszenia pochłaniania promieniowania w stratosferze, czyli do jej ochłodzenia. Może to wywoływać poważne konsekwencje dla całego systemu klima-tycznego.

Całkowita zawartość ozonu w atmosferze jest niewielka. Gdyby cały ozon zgromadził się przy powierzchni ziemi (na poziomie morza), jego warstwa miałaby zaledwie 3 mm grubości; wielkość tę nazywamy zredukowaną grubością warstwy ozonu. Zawartość ozonu w atmosferze mierzy się w jednostkach Dobsona oznaczanych DU (Dobson unit). 1 DU odpowiada zredukowanej warstwie ozonu grubości 0,01 mm. Średnia zawartość ozonu w atmosferze ziemskiej wynosi około 300 DU.

Ozon powstaje w wyniku cyklu reakcji, w których najpierw pojawiają się jednoato-mowę cząsteczki tlenu

o, + uv-»o + o

Dla tego procesu niezbędne jest promieniowanie ultrafioletowe UV o długości fal poniżej 0.242 pm. Następnie w reakcji

O+ 0, + V->A/ + 0,

tworzy się ozon DU skutecznego przebiegu tej reakcji konieczne jest jednoczesne zderzenie trzech cząsteczek: tlenu atomowego i dwuałomowego oraz cząstki neutralnej M (tzw. potrójne zderzenie). Cząstka neutralna jest niezbędna do odprowadzenia nadmiaru cncrgh kinetycznej.

Ozon powstaje w stosunkowo gęstej atmosferze. W bardzo rzadkim powietrzu prawdopodobieństwo zderzenia się trzech cząstek jest zbyt niskie, aby mogło dojść do powstawania znaczniejszej ilości ozonu. Ponieważ w procesie tworzenia ozonu niezbędny jest również udział promieniowania ultrafioletowego, którego strumień słabnie w miarę zbliżania się do pow ierzchni ziemi, optymalne warunki powstawania ozonu występują w stratosferze na wysokości 15-45 km.

Rozpad ozonu następuje w wyniku reakcji z udziałem katalizatora (X), którym może być chlor (Cl), tlenek azotu (NO) lub rodnik wodorotlenowy (OH)

Oj + X —♦ OX + Oj OX + O -~tX +■ Oj

Cząstka pełniąca rolę katalizatora jest uwalniana po reakcji i może wziąć udział w rozbijaniu kolejnych cząstek ozonu. Jest to istotna cecha reakcji rozpadu ozonu, która oznacza zwielokrotnienie efektywności katalizatora.

Rozpad ozonu może zachodzić również w wyniku reakcji

Oj + UV -»Oj + O

dla której niezbędne jest promieniowanie ultrafioletowe o długości fal 0,24-0,31 pm.

Stężenie ozonu w stratosferze regulowane jest więc przez cztery reakcje, zwane reakcjami Chapmana

0, + UV->0 + 0 O + Oj-łO, o, + uv -4 o₂ + o O + Oj -> Oj ♦ Oj

W pierwszej reakcji bierze udział promieniowanie < 0,242 pm, w trzeciej - promie-niowanie 0,24-0,31 pm.

W przeciwieństwie do rosnącej koncentracji ozonu troposfcryczncgo, w stratosferze od połowy lat 1970. następuje zmniejszanie się zawartości ozonu. W rezultacie, niezależnie od zmian w warstwie przyziemnej, gdzie ozonu jest niewiele, maleje też całkowita zawartość ozonu w atmosferze. Ubytki te występują przede wszystkim w strefach polarnych; pierwsze doniesienia o zaniku warstwy ozonowej nad Antarktydą pochodziły z 1985 r. Od tego czasu zaczęto mówić o dziurach ozonowych - oznaczają one zanik stratosfeiycznego maksimum w pionowym profilu stężenia ozonu w atmosferze (rys. 2.9). Całkowita zawartość ozonu nad Antarktydą maleje okresowo nawet do 110 DU, natomiast w samej ozonosferze na wiosnę ozon zanika niemal zupełnie. Podobne zjawisko występowało też w niektórych latach (np. w 1992 r.) nad strefą polarną na półkuli północnej. Nawet w Polsce zawartość ozonu obniżyła się przejściowo w zimie 1992 do 193 DU (Dziewulska-Łosiowa, Hryniewicz, 1993).

Rys. 2.9. Ciśnienie cząstkowe ozonu nad McMurdo (Antarktyda) 28 VIII 1986 r. i 16 X 1986 r. - maksymalny rozwój „dziury ozonowej” (wg Dziewulskiej-Łosiowej, 1991)

Głównym czynnikiem, odpowiedzialnym za niszczenie ozonu w stratosferze, są związki węgla, chloru, bromu i fluoru, zwane freonami i halonami. Pojawiły się one w atmosferze jeszcze w 1. poł. XX wieku; ich produkcję rozpoczęła korporacja General Motors w 1928 r. Miały one zastąpić toksyczny amoniak w urządzeniach chłodniczych. Freony stosowane były także we wszelkiego rodzaju rozpylaczach, jako środki sterylizujące narzędzia medyczne i odtłuszczające elementy elektroniczne. Wydawały się całkowicie nieszkodliwe, nie ulegały rozpadowi w dolnej atmosferze, były tanie w produkcji. Do głównych substancji w tej grupie należą freon 11 (CFCI₃), freon 12 (CFC1₂) oraz halony CClF₂Br, CFjBr i in.

W latach 1980. stwierdzono, że w stratosferze, pod wpływem promieniowania słonecznego freony rozpadają się. Uwalnia się m.in. chlor, którego jedna cząsteczka po-

29