Oštećenje ozonskog omotača atmosfere. Što je ozonski omotač Zemlje? Problemi ozonskog omotača. Koje tvari uništavaju ozonski omotač
Najvažnija komponenta atmosfere, koja utječe na klimu i štiti sav život na Zemlji od sunčevog zračenja, je ozonosfera. Glavnina ozona nalazi se na visinama od 10 do 50 km, a njegov maksimum je na 18 -26 km. Ukupno, stratosfera sadrži 3,3 trilijuna tona ozona. U sloju ozonosfere ozon je u vrlo razrijeđenom stanju.
Uloga ozona u očuvanju biološkog života na Zemlji iznimno je velika. Molekule ozona apsorbiraju jako ultraljubičasto zračenje Sunca upravo u onom spektralnom području koje je najrazornije za biološke sustave. Organske molekule se uništavaju ultraljubičastim (UV) zračenjem. To se također odnosi i na molekule DNK, za koje se zna da su odgovorne za prijenos nasljednih karakteristika. Ozonski omotač, poput štita, ne samo da štiti živu tvar od izravnog uništenja, već osigurava i tijek evolucije.
Riža. 1 Ozon u Zemljinoj atmosferi
Kad bi se debljina ozona smanjila, to bi nanijelo nepopravljivu štetu svim živim organizmima. Čvrsto ultraljubičasto zračenje voda slabo apsorbira i stoga predstavlja veliku opasnost za morske ekosustave. Eksperimenti su pokazali da plankton koji živi u pripovršinskom sloju može biti ozbiljno oštećen, pa čak i potpuno umrijeti kada se pojača intenzitet jakog UV zračenja. Plankton je u osnovi prehrambenih lanaca gotovo svih morskih ekosustava, pa bez pretjerivanja možemo reći da bi gotovo sav život u površinskim slojevima mora i oceana mogao nestati. Biljke su manje osjetljive na jako UV zračenje, ali ako se doza poveća, i one mogu stradati. Potpuni nestanak ozonskog omotača nedvojbeno bi značio nestanak viših oblika života. Sada se procjenjuje da kod ljudi čak i neznatno smanjenje debljine ozonskog omotača može povećati učestalost raka kože. Međutim, čovječanstvo lako može pronaći način da se zaštiti od jakog UV zračenja, ali pritom riskira smrt od gladi. Drugačija raspodjela ozona po visini značajno će utjecati na klimu, jer će se promijeniti priroda apsorpcije UV zračenja od strane ozona, a posljedično i temperatura stratosfere.
Problem ozona, kao jedne od plinovitih komponenti atmosfere, prije je zanimao samo uski krug znanstvenika, a sada je dobio globalno značenje. Ova dramatična promjena posljedica je otkrića da su normalne razine ozona u atmosferi ugrožene ljudskim aktivnostima.
Kad bi se cjelokupna količina ozona sakupila pri normalnom tlaku od 760 mmHg. Umjetnost. i temperaturu od 273,15 K, tada bi debljina ovog sloja bila samo 2,5 -3 mm. Ozon je kaustični, blago plavičasti plin. Molekula mu se sastoji od tri atoma kisika (O 3) pa je ozon “kemijski srodnik” stabilnije i obilnije tvari u atmosferi neophodne za ljudsko disanje, koju čine dva atoma kisika (O 2).
Svojstva ozona:
Sposobnost apsorpcije biološki opasnog ultraljubičastog zračenja Sunca.
Ozon je jak oksidans (jednostavno rečeno, otrov), pa je prizemni ozon opasan.
Apsorpcija infracrvenog zračenja sa zemljine površine.
Sposobnost izravnog i neizravnog utjecaja kemijski sastav atmosfera.
Budući da je mehanizam stvaranja molekula ozona u ravnoteži s mehanizmom njihove destrukcije, znanstvenici smatraju da je prosječna količina ozona u stratosferi relativno konstantna vrijednost od nastanka moderne Zemljine atmosfere.
Za razliku od ostalih komponenti atmosfere, ozon se u atmosferi pojavio isključivo kemijskim putem i najmlađa je komponenta atmosfere. S ekološkog gledišta, vrijedno svojstvo ozona je njegova sposobnost da apsorbira biološki opasno ultraljubičasto zračenje Sunca; dok je kemijski spoj ozon jako oksidacijsko sredstvo (jednostavno otrov), sposoban otrovati, u izravnom kontaktu, istu floru i faunu koju štiti kao i stratosferski ozonski omotač. Osim toga, ozon je učinkovit staklenički plin. I konačno, ozon djeluje na male aktivne komponente atmosfere, a preko njih i na stabilne komponente, koje, kao i sam ozon, apsorbiraju i ultraljubičasto i infracrveno zračenje. Dakle, ozon ima ne samo izravan, već i neizravan učinak na efekt staklenika i razinu ultraljubičastog zračenja na površini Zemlje.
Gotovo jedini izvor ozona u atmosferi je fotodisocijacija molekularnog kisika na atome, nakon čega slijedi brza eutanizacija atoma u molekulu O 2 uz stvaranje molekule ozona:
O2 + HN = O + O (1)
O + O 2 + M = O 3 + M (2)
(Ovdje je M bilo koja molekula zraka).
Ovaj se proces događa na visinama iznad 30 km, budući da kratkovalno sunčevo zračenje ne prodire ispod te visine. Kao rezultat toga, molekule ozona i atomi kisika pojavljuju se prilično visoko u atmosferi.
Gubitak atmosferskog ozona nastaje kao rezultat sljedećih procesa:
O 3 + H N = O + O 2 (3)
O + O 3 = O 2 + O 2 (4)
Tako se atomi koji su nekoć nastali iz molekula kisika rekombiniraju u molekulu. Napomenimo samo da za “uništenje” molekule ozona nije potrebno kratkovalno zračenje. Veza između O atoma i O 2 molekule u ozonu je vrlo slaba, stoga, čak i kada je ozračena vidljivim svjetlom, molekula ozona će biti fotodisocirana na svoje izvorne komponente.
Također napominjem da je reakcija (3) glavni dobavljač atoma kisika; njegova brzina na svim visinama troposfere i stratosfere je tri ili više reda veličine veća od brzine reakcije (1).
Gornji mehanizam predložio je ranih 1930-ih engleski geofizičar Chapman i bio je prvi pokušaj da se objasni nastanak ozonskog omotača u atmosferi.
Ozon u stratosferi neprestano se stvara i uništava, stoga se njegov sloj sastoji od ravnotežne količine. A budući da je ta ravnoteža pomična, debljina ozonskog omotača se može promijeniti. Promatraju se dnevne i sezonske fluktuacije sadržaja ozona, kao i ciklusi povezani s dugoročnim promjenama sunčeve aktivnosti. Nai više ozon (46%) nastaje u stratosferi tropska zona, tamo se maksimum njegove gustoće nalazi otprilike na visini od 26 km od površine. U srednjim geografskim širinama nalazi se niže: zimi - na nadmorskoj visini od 22 km, a ljeti - 24 km. U polarnim područjima maksimalna visina je samo 13 -18 km, a tu se ozon najintenzivnije prenosi u niže slojeve atmosfere.
Veliki je broj razloga za slabljenje ozonskog štita uzrokovanih antropogenim djelovanjem. Općenito, mogu se kombinirati u dvije skupine.
1. Emisije iz zrakoplova i raketa na velikim visinama
Prvo, - Ovo su lansiranja svemirskih raketa. Gorivo gori, "paleći" velike rupe u ozonskom omotaču. Nekada se pretpostavljalo da se te "rupe" zatvaraju. Ispostavilo se da nije. Postoje dosta dugo.
Drugo, - avioni. Pogotovo oni koji lete na visinama od 12 -15 km. Para koju ispuštaju i druge tvari uništavaju ozon. Ali, u isto vrijeme, avioni koji lete ispod 12 km uzrokuju povećanje ozona. U gradovima je jedna od komponenti fotokemijskog smoga.
Treće, - dušikovi oksidi. Izbacuju ih isti zrakoplovi, ali većina ih se oslobađa s površine tla, posebno tijekom razgradnje dušičnih gnojiva.
Budući da se danas letovi nadzvučnim letjelicama ne provode često, oni ne uzrokuju značajnu štetu ozonskom omotaču. Lansiranja raketa također se ne događaju često, ali mogu uzrokovati vrlo ozbiljna oštećenja ozonskog omotača. Dakle, s ukupnom masom orbitalnog vozila Space Shuttle od sto četrdeset tri i pol tone, u procesu dizanja na visinu od 50 km, raketni sustav na kruto gorivo emitira 187 tona Cl 2 i njegovih spojeva , 7 tona dušikovih oksida i uništi 10 milijuna tona ozona tijekom leta. To je mnogo, jer zemljina atmosfera sadrži samo 3000.000.000 tona ozona.
Dušikovi oksidi igraju važnu ulogu u stvaranju i razaranju ozona, a u stratosferi dolazi do katalitičkog razaranja ozona u troposferi – katalitičko nastajanje.
2. Klorofluorougljici (CFC) ili freoni
Freoni su se nekoć smatrali idealnim za praktična primjena kemikalije jer su vrlo stabilne i neaktivne te stoga neotrovne. Koliko god paradoksalno izgledalo, inertnost ovih spojeva čini ih opasnima za atmosferski ozon. CFC se ne razgrađuju brzo u troposferi (donji sloj atmosfere, koji se proteže od površine zemlje do visine od 10 km), kao što se događa, na primjer, s većinom dušikovih oksida, i na kraju prodiru u stratosferu, čija se gornja granica nalazi na visini od oko 50 km. Kada se molekule CFC-a popnu na visinu od približno 25 km, gdje je koncentracija ozona maksimalna, izložene su intenzivnom ultraljubičastom zračenju (slika 2), ali ne prodiru na niže visine zbog zaštitnog učinka ozona. Ultraljubičasto zračenje uništava molekule freona koje su stabilne u normalnim uvjetima i razgrađuju se na komponente koje imaju visoku reaktivnost, posebno atomski klor. Tako CFC prenosi klor sa Zemljine površine kroz troposferu i donju atmosferu, gdje se uništavaju manje inertni spojevi klora, u stratosferu, do sloja s najvećom koncentracijom ozona. Vrlo je važno da klor djeluje poput katalizatora pri uništavanju ozona: tijekom kemijski proces njegova količina se ne smanjuje. Kao rezultat toga, jedan atom klora može uništiti do 100 000 molekula ozona prije nego što se deaktivira ili vrati u troposferu. Trenutačna emisija freona u atmosferu iznosi milijune tona, ali treba napomenuti da se ni u hipotetskom slučaju potpunog prestanka proizvodnje i uporabe CFC-a ne mogu postići trenutni rezultati: učinak freona koji su već ušao u atmosferu nastavit će se nekoliko desetljeća. Vjeruje se da je životni vijek u atmosferi za dva najčešće korištena CFC-a, Freon-11 (CFCl 3) i Freon-12 (CF 2 Cl 2), 75 odnosno 100 godina.
Riža. 2 Uništavanje ozonskog omotača Zemlje freonima Neki od najdramatičnijih dokaza da je klor doista agens odgovoran za ozonsku rupu pojavio se u rujnu 1987., kada su znanstvenici avionom iz Južne Amerike odletjeli izravno na Južni pol, u zonu ozonske rupe. Povećanje i smanjenje koncentracije ozona gotovo je točno zrcalna slika smanjenje i povećanje koncentracije ClO. Štoviše, koncentracija Cl u samoj ozonskoj rupi stotinama je puta veća od bilo koje razine koja bi se mogla objasniti kemijom atmosfere. Taj se fenomen često naziva "smoke gun". Čak su se i proizvođači CFC-a uvjerili da ozonska rupa nije normalna pojava. Ovo je dokaz dubokih promjena u atmosferi uzrokovanih zagađivačima koji sadrže klor koje je stvorio čovjek.
Znanstvenicima je trebalo nekoliko godina da pronađu objašnjenje za ozonsku rupu. To je to ukratko.
Budući da je Antarktika okružena oceanom, vjetrovi mogu neprestano kružiti oko kontinenta koji nema planinskih lanaca. Tijekom južne zime formiraju oko pola vrtloga, lijevak vjetrova koji skuplja zrak iznad Antarktika i zadržava ga, sprječavajući njegovo miješanje s drugom atmosferom. Ovaj vrtlog služi kao izolirani "reakcijski lonac" za polarne atmosferske kemikalije (puno je jači od onog koji nastaje iznad Sjevernog pola, pa je sjeverna ozonska rupa puno slabija).
Riža. 3 Ozonska rupa iznad Antarktika Pod pritiskom gore navedenih argumenata, mnoge su zemlje počele poduzimati mjere s ciljem smanjenja proizvodnje i upotrebe freona. Od 1978. godine u SAD-u je zabranjena uporaba freona u aerosolima. Nažalost, uporaba freona u drugim industrijama nije ograničena. U rujnu 1987. 23 vodeće zemlje svijeta potpisale su u Montrealu protokol kojim se obvezuju na smanjenje potrošnje CFC-a. Danas ga je potpisalo oko 150 zemalja.
Osim toga, 1985. godine potpisana je Bečka konvencija o zaštiti ozonskog omotača u kojoj je razvijenih zemalja prepoznao činjenicu problema uništenja ozonskog omotača.
Prema sporazumu postignutom u Montrealu, razvijene zemlje morale su smanjiti svoju potrošnju klorofluorougljika na polovicu razine iz 1986. do 1999. Za korištenje kao pogonsko gorivo (tj. inertna kemijska tvar s kojom se stvara nadpritisak) dobra zamjena za freone već je pronađena u aerosolima - smjesa propan-butan. Što se tiče fizičkih parametara, praktički nije niži od freona, ali je, za razliku od njih, zapaljiv. Međutim, takvi se aerosoli već proizvode u mnogim zemljama. Situacija je kompliciranija s rashladnim uređajima - drugim najvećim potrošačem freona. Činjenica je da molekule CFC-a zbog svoje polarnosti imaju visoku toplinu isparavanja, što je vrlo važno za radnu tekućinu u hladnjacima i klima uređajima. Najpoznatija zamjena za freone danas je amonijak, ali on je otrovan i još uvijek inferiorniji od freona u fizičkim parametrima. Dobri rezultati dobiveni su za potpuno fluorirane ugljikovodike. U mnogim zemljama razvijaju se novi nadomjesci i već su postignuti dobri praktični rezultati, ali taj problem još nije u potpunosti riješen.
Želio bih se nadati da će nas problem ozonskog omotača naučiti da se s velikom pozornošću i oprezom odnosimo prema svim tvarima koje ulaze u atmosferu kao rezultat antropogenih aktivnosti.
Opišite važnost Zemljinog ozonskog omotača (ULAZNICA br. 19).
Ozonski sloj- dio stratosfere, nastao od kisika pod utjecajem ultraljubičastog zračenja sunca.
Zajedno s vidljivom svjetlošću, Sunce emitira ultraljubičaste valove. Ultraljubičasto zračenje slično je svjetlu, ali je njegova valna duljina nešto kraća od ljubičastih valova, najkraćih valnih duljina koje ljudsko oko percipira. Iako su ultraljubičaste zrake nevidljive, one imaju više energije od vidljivih zraka. Prodirući kroz atmosferu i apsorbirajući ih u tkivima živih organizama, uništavaju molekule proteina i DNA. Upravo to se događa kada sunčanica dođe do površine Zemlje, malo je vjerojatno da bi život na njoj opstao. Zaštićeni smo od agresivnog djelovanja ultraljubičastog zračenja, jer ga najveći dio (preko 99%) apsorbira ozonski omotač u stratosferi na visini od oko 25 kilometara od površine zemlje. Taj se sloj obično naziva ozonski štit.
Ozonski omotač je iznenađujuće tanak. Kad bi se ovaj plin koncentrirao blizu površine Zemlje, stvorio bi film debljine samo 2-4 mm (minimum na ekvatoru, maksimum na polovima). Međutim, ovaj nas film također pouzdano štiti, gotovo potpuno apsorbirajući opasne ultraljubičaste zrake. Bez njega bi život opstao samo u dubinama vode (dubljim od 10 m) iu onim slojevima tla u koje sunčevo zračenje ne prodire. Štoviše, da nije bilo ozonskog omotača, život uopće ne bi mogao pobjeći iz oceana i ne bi nastali visokorazvijeni oblici života poput sisavaca, uključujući ljude.
Ozon apsorbira nešto infracrveno zračenje Zemlja. Zahvaljujući tome, blokira oko 20% Zemljinog zračenja, povećavajući učinak zagrijavanja atmosfere.
Ozon također regulira oštrinu kozmičkog zračenja. Ako se taj plin barem djelomično uništi, tada se, naravno, tvrdoća zračenja naglo povećava, a posljedično, dolazi do stvarnih promjena u flori i fauni. Prema liječnicima, svaki postotak izgubljenog ozona na globalnoj razini uzrokuje do 150 tisuća dodatnih slučajeva sljepoće zbog katarakte, broj karcinoma kože povećava se za 2,6 posto, a broj bolesti uzrokovanih slabljenjem značajno raste. imunološki sustav osoba. Najugroženiji stanovnici sjeverna hemisfera sa svijetlom kožom. Ali ne pate samo ljudi. UV-B zračenje, na primjer, izuzetno je štetno za plankton, mlađ, račiće, rakove i alge koje žive na površini oceana.
Oštećenje ozona je odvajanje molekula ozona uzrokovano tvarima koje oštećuju stratosferski ozon (OSNV) koje se javljaju prirodno (kao što su vulkanske erupcije) ili se emitiraju (oslobađaju) ljudskim aktivnostima i sadrže klor (Cl ili brom (Br); kao i metan ili dušikov oksid (I) – (N2O).
Većina klora koji se koristi na zemlji, na primjer, za pročišćavanje vode, predstavljaju njegovi ionski spojevi topivi u vodi. Posljedično, padalinama se ispiru iz atmosfere mnogo prije nego što uđu u stratosferu. Klorofluorougljici (CFC) vrlo su hlapljivi i netopljivi u vodi. Posljedično, oni se ne ispiru iz atmosfere i, nastavljajući se širiti u njoj, dopiru do stratosfere. Tamo se mogu razgraditi, oslobađajući atomski klor, koji zapravo uništava ozon. Stoga CFC uzrokuje štetu djelujući kao prijenosnici atoma klora u stratosferu.
Također postoje ciklusi dušika i vodika za uništavanje ozona. Do uništavanja ozona dolazi i zbog izlaganja ultraljubičastom zračenju, kozmičkim zrakama, dušikovim spojevima i bromu. Predloženi su i mnogi drugi razlozi za slabljenje ozonskog štita. Prvo, to su lansiranja svemirskih raketa. Izgarajuće gorivo “pali” velike rupe u ozonskom omotaču. Nekada se pretpostavljalo da se te "rupe" zatvaraju. Ispostavilo se da nije. Postoje dosta dugo. Drugo, avioni koji lete na visinama od 12-15 km. Para i druge tvari koje ispuštaju uništavaju ozon. Ali u isto vrijeme, avioni koji lete ispod 12 km uzrokuju povećanje ozona. U gradovima je jedna od komponenti fotokemijskog smoga. Treće - dušikovi oksidi. Izbacuju ih isti zrakoplovi, ali većina ih se oslobađa s površine tla, posebno tijekom razgradnje dušičnih gnojiva.
Para igra vrlo važnu ulogu u uništavanju ozona. Ta se uloga ostvaruje preko hidroksilnih molekula OH, koje se rađaju iz molekula vode iu konačnici pretvaraju u njih. Stoga brzina uništavanja ozona ovisi o količini pare u stratosferi.
Dakle, postoji mnogo razloga za uništavanje ozonskog omotača, a unatoč njegovoj važnosti, većina njih je rezultat ljudske aktivnosti.
na raspolaganju cijela serija reakcije koje dovode do uništavanja ozona. Svi su spojeni u nekoliko obitelji, od kojih su glavne dušik, kisik (iz Chapmanova mehanizma), vodik i halogen. Ove reakcije su katalitički ciklusi i stoga se nazivaju i odgovarajući ciklusi.
Ciklus dušika (NO x):
N 2 O + O(1 D) → NO + NO,
O 3 + NO → NO 2 + O 2,
NO 2 + O → NO + O 2.
Ciklus vodika (HO x):
H 2 O + O → OH + OH,
OH + O 3 → HO 2 + O 2,
HO 2 + O 3 → OH + 2O 2.
Ciklus klora (ClO x):
CFCl3+ hν → CFCl 2 + Cl,
Cl + O 3 → ClO + O 2,
ClO + O → Cl + O 2 .
Ozon se neprestano stvara i uništava, ali pod određenim uvjetima, brzina njegovog uništavanja može premašiti brzinu stvaranja. Kako se pokazalo, ljudska aktivnost ima veliki utjecaj na ovaj proces. Kao izrazito reaktivna tvar, ozon stupa u interakciju s klorom, fluorom, bromom, dušikovim oksidom i drugim tvarima. U tom smislu, vrlo su opasni freoni, koji se naširoko koriste u hladnjacima, klima uređajima i aerosolnim limenkama, kao i, u manjoj mjeri, dušična gnojiva i tvari koje nastaju tijekom letova zrakoplova na velikim visinama i lansiranja raketa.
Kad jednom uđu u atmosferu, svi ti u početku bezopasni spojevi polako se dižu prema gore dok ne dođu do ozonskog omotača, gdje su izloženi UV zračenju. Dok se razgrađuju i otpuštaju atome klora, broma i dušika, stupaju u interakciju s ozonom. U ovom slučaju svaki atom klora ili broma uništava molekulu ozona dodavanjem atoma kisika.
Interakcija se odvija prema formuli:
O3+Y=YO+O2
YO+O=Y+O2
gdje je Y=NO, OH, Cl, Br
Nalazi se na nadmorskoj visini od 7 do 18 km (na ekvatoru do 50 km), karakterizira povećana koncentracija molekula ozona i štiti biosferu od ultraljubičastog zračenja sunca. Ozonski omotač na zemlji je nastao, prema suvremenim podacima, prije 570-400 milijuna godina. U sloju ozonosfere ozon je u vrlo razrijeđenom stanju.
Količina ozona u atmosferi određena je ravnotežom reakcija njegovog stvaranja i razgradnje. U prosjeku se svake sekunde u zemljinoj atmosferi formira i uništi oko 100 tona ozona.
Zašto je ozonska apsorpcija jakog ultraljubičastog zračenja sunca tako važna? Biološki učinci koji uzrokuju promjene na molekularnoj, staničnoj i tkivnoj razini još nisu u potpunosti proučeni, ali je dobro poznato da živi organizmi na bilo kojoj razini organizacije imaju visoku osjetljivost na nukleinske kiseline, koje se mogu uništiti, što dovodi do stanica. smrt ili pojava mutacija.
Nagli porast znanstvenog i javnog interesa za problem ozonskog omotača započeo je početkom 70-ih godina. Od tog vremena ne jenjava pitanje ovisnosti ozonskog omotača o ljudskoj gospodarskoj aktivnosti. Od 1985. godine svijet je saznao za postojanje globalnih ekoloških problema "ozonskih rupa", posebice da se sadržaj ozona nad Antarktikom sustavno smanjuje.
Nije jednostavno odgovoriti na pitanje o razlozima nastanka “ozonskih rupa”. Ali glavni krivac za njegovu pojavu je ulazak u gornje slojeve atmosfere spojeva klorofluorougljika i drugih atmosferskih zagađivača, dušikovih oksida ili spojeva klora itd.
Izvori ovih tvari, koje su odgovorne za uništavanje ozonskog omotača, prvenstveno su sve više i više civilnog zrakoplovstva i kemijska industrija. Primjena dušičnih gnojiva u poljoprivreda, kloriranje vode za piće, raširena uporaba freona u rashladne jedinice, aparati za gašenje požara, otapala i aerosoli doveli su do toga da milijuni tona klorofluorometana ulaze u niže slojeve atmosfere kao bezbojni neutralni plin. Šireći se prema gore, klorofluorometani se uništavaju pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, oslobađajući fluor i klor, koji aktivno sudjeluju u procesu uništavanja ozona.
Razvoj alternativnih vrsta energije (vjetra, sunca, geotermalne);
Ušteda energije diljem svijeta.
Na konferenciji u Rio de Janeiru 1922. godine usvojena je Konvencija UN-a o klimatskim promjenama čije su glavne odredbe međunarodna koordinacija i objedinjavanje napora u borbi protiv klimatskih promjena i njihovih negativnih učinaka na planet.
Glavne tvari koje oštećuju ozon (ODS) uključuju:
- - klorofluorougljike (CFC, međunarodna oznaka CFC - klorofluorougljik), kao što je fluorotriklorometan CFC13 (CFC-11, ili CFC-11), difluorodiklormetan CF2C12 (CFC-12, ili CPC-12), itd.;
- - fluoroklorobromougljici, inače zvani haloni, kao što je difluoroklorobromometan CF2ClBr (halon-1211) i trifluorobromometan CF3Br (halon-1301);
- - hidroklorofluorougljikovodici (HCFC, međunarodna oznaka - HCFC), u kojima nisu svi vodikovi atomi zamijenjeni halogenima (npr. difluorklorometan CHC1F2);
- - metil bromid CH3Br, metil kloroform CH3CC13 (MCF) i ugljikov tetraklorid CC14 (CHC).
Od ovih tvari, glavni krivci za uništavanje ozona su CFC i haloni.
Dajmo kratak opis Ove tvari, nazovimo njihova područja primjene. Klorofluorougljici (CFC) imaju i druga imena: klorofluorometani, freoni, freoni. Relativno su kemijski inertni (nereaktivni), nezapaljivi, nisko toksični, lako se proizvode i skladište, vrlo su hlapljivi, praktički netopljivi u vodi i visoko topljivi u organskim otapalima. Štoviše, budući da su plinovi na sobna temperatura, pri niskom tlaku se ukapljuju uz oslobađanje topline, a kada ispare ponovno je upijaju i hlade. Zbog ovih svojstava CFC-i imaju široku primjenu u tehnologiji.
- - CFC su se u početku koristili kao rashladna sredstva u hladnjacima i klima uređajima. Kako se ovi proizvodi razgrađuju i odbacuju na kraju životnog vijeka, CFC koji sadrže ispuštaju se u atmosferu.
- - Drugo područje primjene su CFC-i kao pogonski plinovi (sprejevi) u aerosolnim pakiranjima za razne namjene.
- - Sljedeće najvažnije područje njihove primjene je proizvodnja porozne plastike (pjene). CFC se otapaju u tekućoj plastici na visoki krvni tlak(jako su topljivi u organskim tvarima). Kada se tlak smanji, oni pjene plastiku, jer se njihova topljivost smanjuje, a istovremeno isparavaju u atmosferu.
Haloni već sredinom 1940-ih. počeo se koristiti kao učinkovita sredstva gašenje požara Halon-1301 još uvijek naširoko koriste vatrogasne službe u mnogim zemljama.
U Rusiji se do kraja 20. stoljeća razvila sljedeća struktura upotrebe tvari koje oštećuju ozonski omotač (ODS) po sektorima potrošnje povezanima s industrijskom proizvodnjom:
- 1 - pakiranja aerosola - 46%;
- 2 - rashladna tehnika(kućna, komercijalna i industrijska uporaba) i klima uređaji - 27%;
- 3- sredstva za gašenje požara - 14%;
- 4 - pjenasta plastika - 11%;
- 5- otapala - 2%.
Kako se te tvari šire atmosferom i uništavaju ozonski omotač?
Visoka kemijska stabilnost freona i njihova slaba topljivost u vodi (ne ispiru se kišom) omogućuju ovim tvarima da se dignu visoko u atmosferu. Kad se jednom približe površini Zemlje, freoni nesmetano prolaze kroz troposferu, tj. prvih 10-15 km zračni prostor, i završavaju u stratosferi, gdje je koncentrirano 90% atmosferskog ozona. Put do stratosfere je neizravan, jer freoni, kao i svi drugi spojevi, mogu dospjeti u stratosferu sa Zemljine površine samo tropskim konvektivnim strujanjima. Tvari se transportiraju u tropske krajeve oko mjesec dana. Kretanje uz troposferu do visine od 10-15 km zbog konvekcije traje nekoliko dana, ponekad i nekoliko sati. Ali potrebno je 15 godina da tvari dosegnu visinu od 35 km. Iz toga slijedi da samo tvari čiji životni vijek u atmosferi prelazi nekoliko desetljeća mogu utjecati na ozonski omotač. Freoni su upravo takve tvari. Životni vijek im je 50 i više godina. Rowland i Molina procjenjuju da je CFC-u potrebno 50 do 100 godina da se nakupi u stratosferi.
Dakle, zadržimo se još jednom na ekološkim posljedicama uništenja ozonskog omotača, koji štiti sav život na Zemlji od oštrog ultraljubičastog zračenja Sunca. Zaštitna uloga ozonskog omotača objašnjava se činjenicom da ozon apsorbira kratkovalno sunčevo UV zračenje u točno istom rasponu valnih duljina kao molekule živih stanica. Kao rezultat toga, biološki opasno UV zračenje apsorbira se u atmosferi, a da ne stigne do površine Zemlje.
Smanjenje ozona omogućuje da više UV zraka dopre do površine Zemlje, što je štetno za žive organizme. Razmotrimo moguće ekološke posljedice uništavanja ozonskog omotača. Gubitak ozona u stratosferi uz njegov istovremeni porast u troposferi može dovesti do klimatskih promjena. Uništavanje ozona uzrokuje pad temperature u stratosferi i zagrijavanje troposfere jer u nju prodire sve više UV zraka. Prisjetimo se i da je O3 staklenički plin, a do njegovog stvaranja u troposferi dolazi kada je onečišćena dušikovim oksidima i ugljikovodicima, što dovodi do povećanja temperature. Osim toga, klorofluorougljici, kao staklenički plinovi, također apsorbiraju infracrveno zračenje i time sudjeluju u stvaranju efekta staklenika. Stoga će preraspodjela ozona između troposfere i stratosfere biti popraćena klimatskim promjenama.
Povećana izloženost UV zračenju ima štetne učinke na ljudsko zdravlje. Postoji mnogo dokaza koji povezuju sunčevu svjetlost s rakom kože. Poznato je da čak i uz lagano povećanje doze UV zračenja na koži osobe nastaju opekline. Sunčevo zračenje također pridonosi starenju kože. Povećano izlaganje UV zračenju uzrokuje povećanje učestalosti raka kože. Tijekom posljednjeg desetljeća 20. stoljeća. Učestalost takvih bolesti među stanovnicima Sjedinjenih Država i Europe porasla je nekoliko puta. To nije samo zbog povećanja udjela UV zračenja, već i zbog promjena u načinu života ljudi koji su počeli provoditi više vremena na suncu.
Život na Zemlji ovisi o energiji Sunca. Ova energija dolazi na Zemlju u obliku vidljive svjetlosti, kao i infracrvenog i ultraljubičastog zračenja. UV zračenje nosi najviše energije i fiziološki je aktivno, odnosno intenzivno djeluje na živu tvar, dovodi do poremećaja strukture proteina i nukleinskih kiselina te u konačnici do smrti stanica.
Što štiti nas i cijelu biosferu od razornog djelovanja “tvrdog ultraljubičastog zračenja”? Zemljin ozonski štit.
Na visinama od 20-50 km zrak sadrži povećanu količinu ozona. Ozon se stvara u stratosferi zahvaljujući kisiku koji apsorbira “tvrdo” UV zračenje. Naše se tijelo zna zaštititi od njegovih negativnih učinaka sintetiziranjem sloja tamnog pigmenta u koži – melanina (tan). Međutim, ova tvar se stvara prilično sporo. Stoga dugotrajno izlaganje proljetnom suncu, kada koža još nije zasićena melaninom, uzrokuje njezino crvenilo, glavobolja, povećana tjelesna temperatura.
U u posljednje vrijeme Znanstvenici su izrazito zabrinuti zbog pada razine ozona u ozonskom omotaču atmosfere. Nad Antarktikom je otkrivena “rupa” u kojoj je sadržaj ozona 40-50% manji od uobičajenog. Površina "rupe" raste iz godine u godinu i danas već premašuje površinu antarktičkog kontinenta. Kao rezultat toga, UV pozadina se povećala u zemljama koje se nalaze na južnoj hemisferi, bliže Antarktici, prvenstveno u Novom Zelandu. Liječnici u ovoj zemlji su uznemireni jer bilježe značajan porast bolesti povezanih s povišenim razinama UV zračenja (rak kože i katarakta). Stanovnici Wellingtona, koji su svaki lijepi dan (tamo ih nema mnogo) pokušali iskoristiti za rekreaciju na otvorenom, sada se boje pojaviti na plažama. Alarmantne poruke stižu i sa sjeverne hemisfere: ovdje je (iznad Spitsbergena) otkrivena ozonska “rupa”, iako ne tako velika kao antarktička.
Smanjenje sadržaja ozona u atmosferi prijeti smanjenjem poljoprivrednih prinosa, bolestima ljudi i životinja te povećanjem broja štetnih mutacija. Ako ozonski omotač potpuno nestane, to će dovesti do smrti barem kopnene biote.
Glavni izvor tvari koje oštećuju ozon je ljudska djelatnost. Moderna industrija široko koristi takozvane freone (klorofluorometane) - kao rashladna sredstva u kućanskim hladnjacima, kao aerosolne sprejeve u limenkama boja, lakova, parfema i za čišćenje poluvodičkih sklopova. Freonske pare nisu štetne za ljude. I izuzetno su otporni i mogu preživjeti u atmosferi do 80 godina.
Oštećenje ozonskog omotača događa se ovako:
Aktivno funkcioniranje kemijske industrije, koja proizvodi tvari koje sadrže klor i brom, uzrokuje nakupljanje plinova koji oštećuju ozonski omotač (ODG) u atmosferi;
ORG se uzdižu do visine od 20-50 km iznad Zemljine površine, gdje se nalazi ozonski omotač (za to je posebno povoljno u polarnim područjima);
Sunčeve zrake djeluju na umjetne plinove iz kojih se oslobađa klor:
CF 2 Cl 2 (CFCl 3) + hν = Cl
Klor uništava ozon, pretvarajući ga u kisik;
O3 + Cl = ClO + O2
Štoviše, svaki atom klora sposoban je razgraditi 100 tisuća molekula ozona.
DO uništavanje ozonskog omotača Tome dovode i vojne aktivnosti, posebice lansiranje balističkih projektila, čiji motori ispuštaju velike količine dušikovih oksida u atmosferu. Svaki put kada se raketa lansira u svemir, u ozonskom omotaču nastane ogromna “rupa” kojoj je potrebno samo nekoliko sati da se zatvori. Svjetska zajednica saznala je za kriminalne eksperimente militarista u vezi s utjecajem na ozonski omotač planeta. U 70-ima, američka vojska rasula se u stratosferi nad jednim od napuštenih otoka u Tihi ocean posebnim kemikalijama, uslijed čega je u ozonskom omotaču iznad ovog otoka nastala “rupa” koja je zatvorena tek nakon mnogo sati. Kao rezultat toga, gotovo sva kopnena biota je umrla na otoku: palme i druge biljke, životinje, mikroorganizmi; Od kralješnjaka ostalo je nekoliko velikih kornjača (spasio ih je debeli koštani oklop), ali su oslijepile - mrežnica im je spaljena ultraljubičastim zračenjem.
