Vedzte, čo to je, aké sú plyny, ktoré ovplyvňujú a kedy by sa mala ozónová vrstva regenerovať

Čo je ozónová vrstva? To je veľmi dôležitá otázka pre každého, kto sa zaujíma o zdravie planéty Zem a následne aj o naše. Aby ste však najskôr odpovedali, musíte pochopiť, ako fungujú niektoré základné procesy v atmosfére.

Jedným z hlavných environmentálnych problémov spojených s chémiou a znečistením ovzdušia je vyčerpanie (alebo degradácia) ozónovej vrstvy. Určite ste už o tejto téme počuli. Ozónová vrstva, ako už z názvu vyplýva, je vrstva zemskej atmosféry, ktorá má vysoké koncentrácie ozónu (O3). Najvyššia koncentrácia sa nachádza v stratosfére, asi 20 km až 25 km od zemského povrchu. Vrchol týchto koncentrácií sa nachádza vo vysokých zemepisných šírkach (póloch) a najnižšie sa vyskytujú v tropických oblastiach (aj keď miera produkcie O3 je vyššia v tropických oblastiach).

Ako už bolo povedané v našom článku „Ozón: darebák alebo dobrý človek?“, Tento plyn môže byť pre život na Zemi mimoriadne dôležitý a nevyhnutný, rovnako ako vysoko toxická znečisťujúca látka. Všetko závisí od atmosférickej vrstvy, v ktorej je. V troposfére je to darebák. V stratosfére dobrý chlap. V tejto veci hovoríme o stratosférickom ozóne, poukazujeme na jeho funkcie, dôležitosť, na to, ako bol poškodený a ako tomu zabrániť.

Funkcie

Stratosférický ozón (dobrý človek) je zodpovedný za filtráciu slnečného žiarenia na niektorých vlnových dĺžkach (absorbuje všetko ultrafialové žiarenie B, nazývané UV-B a časť iných druhov žiarenia), ktoré sú schopné spôsobiť určité typy rakoviny, pričom sú jednou z nich z najhorších je melanóm. Má tiež funkciu udržiavať Zem v teple a zabrániť tak šíreniu všetkého tepla emitovaného na povrchu planéty.

Čo je ozónová vrstva?

Ako už bolo spomenuté, ozónová vrstva je vrstvou, ktorá koncentruje asi 90% molekúl O3. Táto vrstva je nevyhnutná pre život na zemi, pretože chráni všetky živé bytosti filtráciou ultrafialového slnečného žiarenia typu B. Ozón sa správa odlišne podľa nadmorskej výšky, v ktorej sa nachádza. V roku 1930 anglický fyzik Sydnei Chapman opísal procesy výroby a degradácie stratosférického ozónu na základe štyroch stupňov: kyslíková fotolýza; výroba ozónu; spotreba ozónu I; spotreba ozónu II.

1. Fotolýza kyslíka

Slnečné žiarenie dosiahne molekulu O2 a oddeľuje jej dva atómy. To znamená, že tento prvý stupeň získava ako produkt dva voľné atómy kyslíka (O).

2. Produkcia ozónu

V tomto kroku každý z voľných kyslíkov (O) produkovaných fotolýzou reaguje s molekulou O2, pričom sa ako produkt získajú molekuly ozónu (O3). Táto reakcia nastáva pomocou atómu alebo molekuly katalyzátora, látky, ktorá umožňuje rýchlejší priebeh reakcie, ale bez aktívneho pôsobenia a bez väzby na činidlá (O a O2) alebo produkt (O3).

Kroky 3 a 4 ukazujú, ako je možné degradovať ozón rôznymi spôsobmi:

3. Spotreba ozónu I

Ozón vytvorený vo výrobnom štádiu sa potom pôsobením slnečného žiarenia (v prítomnosti vlnových dĺžok od 400 nanometrov do 600 nanometrov) opäť degraduje na molekulu O a O2.

4. Spotreba ozónu II

Ďalším spôsobom degradácie ozónu (O3) je reakcia s voľnými atómami kyslíka (O). Týmto spôsobom sa všetky tieto atómy kyslíka rekombinujú a vytvoria dve molekuly kyslíka (O2) ako produkt.

Ale potom, ak sa ozón produkuje a degraduje, čo udržuje ozónovú vrstvu? Pri odpovedi na túto otázku musíme zvážiť dva dôležité faktory: rýchlosť produkcie / zničenia molekúl (rýchlosť, s akou sú produkované a zničené) a ich priemerná životnosť (čas potrebný na zníženie koncentrácie niektorej zlúčeniny na polovicu počiatočná koncentrácia).

Pokiaľ ide o rýchlosť produkcie / deštrukcie molekúl, zistilo sa, že kroky 1 a 4 sú pomalšie ako kroky 2 a 3 postupu. Pretože však všetko začína v štádiu fotolýzy kyslíka (stupeň 1), môžeme povedať, že koncentrácia generovaného ozónu závisí od toho. To vysvetľuje, prečo koncentrácia O3 klesá vo výškach nad 25 km a v nižších nadmorských výškach; vo výškach nad 25 km koncentrácia O2 klesá. V nižších atmosférických vrstvách prevládajú dlhšie vlnové dĺžky, ktoré majú menej energie na rozklad molekúl kyslíka a znižujú tak ich rýchlosť fotolýzy.

Napriek veľkému objavu týchto krokov, ak by sme mali brať do úvahy iba tieto procesy deštrukcie, dostali by sme hodnoty koncentrácie O3 dvakrát vyššie ako tie, ktoré boli pozorované v skutočnosti. To sa nestane, pretože okrem demonštrovaných krokov existujú aj neprirodzené cykly vyčerpania ozónu, ktoré spôsobujú látky poškodzujúce ozónovú vrstvu (SDO): produkty ako halogén, tetrachlórmetán (CTC), hydrochlórofluorokarbón (HCFC), chlórfluórovaný uhľovodík (CFC) a metylbromid (CH3Br). Po uvoľnení do atmosféry sa presunú do stratosféry, kde sa rozkladajú UV žiarením, pričom sa uvoľňujú atómy bez chlóru, ktoré následne porušujú ozónovú väzbu a vytvárajú oxid chloričitý a plynný kyslík. Vytvorený oxid chloričitý bude opäť reagovať s atómami bez kyslíka,za vzniku ďalších atómov chlóru, ktoré budú reagovať s kyslíkom atď. Odhaduje sa, že každý atóm chlóru môže rozložiť asi 100 000 molekúl ozónu v stratosfére a jeho životnosť je 75 rokov, avšak už existuje dostatok výboja na to, aby mohol reagovať s ozónom takmer 100 rokov. Okrem reakcií s oxidmi vodíka (HOx) a oxidmi dusíka (NOx), ktoré tiež reagujú s stratosférickým O3, ničia ho a prispievajú k degradácii ozónovej vrstvy.Okrem reakcií s oxidmi vodíka (HOx) a oxidmi dusíka (NOx), ktoré tiež reagujú s stratosférickým O3, ničia ho a prispievajú k degradácii ozónovej vrstvy.Okrem reakcií s oxidmi vodíka (HOx) a oxidmi dusíka (NOx), ktoré tiež reagujú s stratosférickým O3, ničia ho a prispievajú k degradácii ozónovej vrstvy.

Nasledujúci graf zobrazuje históriu spotreby SDO v Brazílii:

Kde sú látky poškodzujúce ozónovú vrstvu a ako sa im vyhnúť?

CFC

Chlórfluórované uhľovodíky sú syntetizované zlúčeniny tvorené chlórom, fluórom a uhlíkom, ktoré sa široko používajú v niekoľkých procesoch - hlavné sú uvedené nižšie:

• CFC-11: používa sa pri výrobe polyuretánových pien ako expandujúcich látok, v aerosóloch a liekoch ako hnacia látka, pri domácich, komerčných a priemyselných chladeniach ako kvapalina;
• CFC-12: aplikuje sa vo všetkých procesoch, v ktorých sa používal CFC-11, a tiež v zmesi s etylénoxidom ako sterilizátor;
• CFC-113: používa sa v presných elektronických prvkoch ako rozpúšťadlá na čistenie;
• CFC-114: používa sa v aerosóloch a liekoch ako pohonná látka;
• CFC-115: používa sa ako kvapalina v komerčnom chladení.

Odhaduje sa, že tieto zlúčeniny poškodzujú ozónovú vrstvu asi 15 000-krát viac ako CO2 (oxid uhličitý).

V roku 1985 bol Viedenský dohovor o ochrane ozónovej vrstvy ratifikovaný v 28 krajinách. Dohovor s prísľubom spolupráce pri výskume, monitorovaní a výrobe CFC predstavil myšlienku čeliť environmentálnemu problému na globálnej úrovni skôr, ako budú pocítené alebo vedecky doložené jeho účinky. Z tohto dôvodu sa Viedenský dohovor považuje za jeden z najväčších príkladov uplatňovania zásady predbežnej opatrnosti pri významných medzinárodných rokovaniach.

V roku 1987 sa skupina 150 vedcov zo štyroch krajín vybrala do Antarktídy a potvrdila, že koncentrácia oxidu chloričitého je v tejto oblasti asi stokrát vyššia ako kdekoľvek inde na planéte. Potom 16. septembra toho istého roku Montrealský protokol ustanovil potrebu postupného zákazu CFC a ich nahradzovania plynmi, ktoré nie sú škodlivé pre ozónovú vrstvu. Vďaka tomuto protokolu sa 16. september považuje za Svetový deň ochrany ozónovej vrstvy.

Viedenský dohovor o ochrane ozónovej vrstvy a Montrealský protokol boli ratifikované v Brazílii 19. marca 1990, pričom v krajine bol vyhlásený 6. júna toho istého roku vyhláškou č. 99 280.

V Brazílii bolo používanie CFC úplne zastavené v roku 2010, ako ukazuje nasledujúci graf:

HCFC

Hydrochlórofluorokarbóny sú umelé látky dovážané do Brazílie, spočiatku v malom množstve. Vzhľadom na zákaz CFC je však ich používanie na vzostupe. Hlavné aplikácie sú:

Výrobný sektor

• HCFC-22: chladenie klimatizácie a peny;
• HCFC-123: hasiace prístroje;
• HCFC-141b: peny, rozpúšťadlá a aerosóly;
• HCFC-142b: peny.

Sektor služieb

• HCFC-22: chladenie klimatizácie;
• HCFC-123: chladiace stroje ( chladiace jednotky );
• HCFC-141b: čistenie elektrických obvodov;
• Zmesi HCFC: klimatizačné chladničky.

Podľa ministerstva životného prostredia (MMA) sa odhaduje, že do roku 2040 bude v Brazílii eliminovaná spotreba HCFC. Nasledujúci graf ukazuje vývoj v používaní HCFC:

Metylbromid

Je to halogénovaná organická zlúčenina, ktorá je pod tlakom skvapalnený plyn a môže mať prírodný alebo syntetický pôvod. Metylbromid je pre živé bytosti nesmierne toxický a smrteľný. Široko sa používal v poľnohospodárstve a pri ochrane skladovaného tovaru a na dezinfekciu nánosov a mlynov.

Množstvo metylbromidu v Brazílii už bolo zmrazené od polovice 90. rokov. V roku 2005 znížil dovoz o 30%.

V nasledujúcej tabuľke je uvedený harmonogram stanovený Brazíliou na vylúčenie používania metylbromidu:

Podľa MMA je použitie metylbromidu povolené iba na karanténne a predzásielkové ošetrenie vyhradené na dovoz a vývoz.

Nasledujúci graf zobrazuje históriu spotreby metylbromidu v Brazílii:

Halóny

Halonová látka je umelo vyrábaná a dovážaná Brazíliou. Skladá sa z brómu, chlóru alebo fluóru a uhlíka. Táto látka bola široko používaná v hasiacich prístrojoch pre všetky druhy požiaru. Podľa Montrealského protokolu by bol v roku 2002 povolený dovoz halónu, ktorý sa odvoláva na priemer brazílskeho dovozu v rokoch 1995 až 1997, čo by v roku 2005 znamenalo zníženie o 50% a v roku 2010 by bol dovoz úplne zakázaný. Rezolúcia Conama č. 267 zo 14. decembra 2000 však zašla ešte ďalej a zakázala dovoz nových halónov od roku 2001 s možnosťou dovozu iba regenerovaných halónov, pretože nie sú súčasťou harmonogramu eliminácie protokolu.

Halon-1211 a halon-1301 sa používajú hlavne na likvidáciu morských požiarov, v leteckej navigácii, na ropných lodiach a plošinách na ťažbu ropy, v kultúrnych a umeleckých zbierkach a v elektrárňach a jadrových elektrárňach, okrem použitia vojenské. V týchto prípadoch je použitie povolené z dôvodu jeho účinnosti pri hasení požiarov bez zanechania zvyškov a bez poškodenia systémov.

Podľa nižšie uvedeného grafu Brazília už eliminovala spotrebu halónov.

Chlór

Chlór sa do atmosféry emituje antropogénnym spôsobom (ľudskou činnosťou), hlavne použitím CFC (chlórfluórovaných uhľovodíkov), ktoré sme už videli vyššie. Sú to plynné syntetické zlúčeniny, ktoré sa široko používajú pri výrobe sprejov a v starších chladničkách a mrazničkách.

Oxidy dusíka

Niektoré prírodné zdroje vyžarujúce žiarenie sú mikrobiálne transformácie a elektrické výboje v atmosfére (lúče). Generujú ich tiež antropogénne zdroje. Tou hlavnou je spaľovanie fosílnych palív pri vysokých teplotách. Z tohto dôvodu dochádza k emisii týchto plynov v troposfére, čo je vrstva atmosféry, kde žijeme, ale sú ľahko prenášané do stratosféry pomocou konvekčného mechanizmu a môžu sa potom dostať do ozónovej vrstvy a degradovať ju.

Jednou z metód, ako zabrániť emisiám NO a NO2, je použitie katalyzátorov. Katalyzátory priemyselného a automobilového priemyslu majú funkciu urýchľovania chemických reakcií, ktoré premieňajú znečisťujúce látky na produkty, ktoré sú menej škodlivé pre ľudské zdravie a životné prostredie, skôr ako sa dostanú do ovzdušia.

Oxidy vodíka

Hlavným zdrojom HOx v stratosfére je tvorba OH z fotolýzy ozónu, ktorý produkuje excitované atómy kyslíka, ktoré reagujú s vodnými parami.

Otvor pre ozónovú vrstvu

Obrázok: NASA

V roku 1985 sa zistilo, že medzi septembrom a novembrom došlo k významnému zníženiu stratosférického ozónu približne o 50%, čo zodpovedá jarnému obdobiu na južnej pologuli. Zodpovednosť sa pripisovala pôsobeniu chlóru z CFC. Niekoľko štúdií naznačilo, že proces prebieha od roku 1979.

Jediný otvor v ozónovej vrstve sa nachádza nad Antarktídou - inde sa udialo pomalé a postupné znižovanie ozónovej vrstvy.

V súčasnosti však existuje veľký trend zvrátenia poškodzovania ozónovej vrstvy v dôsledku opatrení prijatých v Montrealskom protokole, o ktorých informoval Rozvojový program OSN (UNDP). Očakáva sa, že do roku 2050 bude vrstva obnovená na úroveň spred roku 1980.

Zaujímavosť: prečo iba na južnom póle?

Vysvetlenie diery, ktorá sa vyskytuje iba nad Antarktídou, môžu byť dané špeciálnymi podmienkami južného pólu, ako sú nízke teploty a izolované systémy atmosférickej cirkulácie.

Vďaka konvekčným prúdom cirkulujú vzduchové hmoty neprerušovane, ale v Antarktíde kvôli extrémnej zime nie je prítomná cirkulácia vzduchu, ktorá vytvára konvekčné kruhy obmedzené na oblasť, ktorá sa nazýva polárny vír alebo vír.

Pozrite si tiež toto krátke video Národného ústavu pre vesmírny výskum (Inpe) o degradácii ozónovej vrstvy pomocou CFC:

Original text

Contribute a better translation

---