Ocena brak

Co to jest ozon, gdzie występuje i jak powstaje w stratosferze

Autor /Aron Dodano /23.09.2011

Ozon jest to jedna z dwu odmian alotropowych tlenu. "Zwykły" tlen stanowi w atmosferze ziemskiej około 21% objętościowych i ma postać cząsteczek dwuatomowych O2. Ozon, względnie rzadko występujący, to druga odmiana tlenu o wzorze O3-3 cząsteczki ozonu przypadają na 10 mln. cząsteczek gazów wchodzących w skład powietrza.

Około 90%ozonu znajduje się w atmosferze, położonej na wysokości od około 10 do 50 km nad powierzchnią Ziemi. Ten stratosferyczny ozon znany jest pod nazwą "warstwy ozonowej".

W stratosferze, w wyniku oddziaływania promieniowania słonecznego w paśmie ultrafioletu, czyli fali o długości 280-320 nm cząsteczka tlenu O2 zostaje rozbita na dwa atomy tlenu O. Ten atomowy O jest bardzo aktywny chemicznie i reaguje z tlenem cząsteczkowy O2 tworząc ozon O3.

UV-B

O2 O+O

O2+ O O3

Pozostała ilość ozonu znajduje się w dolnej warstwie atmosfery , zwanej troposferą , rozciągającej się od powierzchni Ziemi do wysokości około 10 km.

Jaką rolę pełni ozon w każdej z warstw ?

Ozon w obu warstwach ma tę samą postać chemiczną ,ale mimo to w każdej z nich wywiera zupełnie inny wpływ na człowieka i organizmy żywe występujące na Ziemi.

Ozon stratosferyczny ,czyli tzw. Warstwa ozonowa ,pełni niezwykle pożyteczną rolę dzięki temu ,że absorbuje dużą część ultrafioletowego promieniowania słonecznego z zakresu UV-B .

UV-B

O3 O2 + O

O3 + O O2+O2

Fotochemiczne procesy powstawania i rozpadu ozonu są w rzeczywistości bardziej skomplikowane i przebiegają przy udziale atomów wodoru i azotu.

W normalnych warunkach atmosferycznych istnieje równowaga pomiędzy procesami tworzenia i destrukcji ozonu

Od lat siedemdziesiątych XX wieku obserwuje się stopniowe ubożenie warstwy ozonowej w skali globalnej, znacznie nasilające się w ostatnich latach. Powoduje to zwiększenie natężenia promieniowania UV-B docierającego do powierzchni Ziemi. Przedstawiono to na rysunku 2.

Udowodnienie , że nadmiar promieniowania UV-B, docierającego do powierzchni Ziemi na skutek zmniejszenia się w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XX wieku zawartości ozonu stratosferycznego, powoduje zwiększenie zachorowalności na raka skóry , osłabienie układu immunologicznego i uszkodzenie oczu u człowieka oraz zaburzenia w rozwoju organizmów roślinnych i zwierzęcych .

Ozon w troposferze , jeżeli występuje w nadmiarze, stwarza innego rodzaju poważne zagrożenia . Jest on bardzo aktywny chemicznie , silnie reaguje z wieloma innymi związkami chemicznymi .Jego nadmiar w warstwie powietrza w, której żyjemy i którą oddychamy, jest groźnym dla człowieka i innych organizmów żywych .Powoduje uszkodzenia układu oddechowego człowieka i zwierząt oraz tkanek organizmów roślinnych , co może prowadzić do degradacji lasów.

Co jest powodem zanikania warstwy ozonowej?

Na podstawie skoordynowanych międzynarodowych badań , prowadzonych przez ostatnie 20 lat , udowodniono , że główną przyczyną niszczenia warstwy ozonowej są niektóre związki chemiczne produkowane przez człowieka i emitowane do atmosfery . Są to węglowodory , które w swoich cząsteczkach mogą zawierać atomy chlorowców , takich jak :chlor, brom i fluor . Wyróżnia się kilka grup tych związków:

CFCs (skrót od ang. chlorofluorocarbons)-węglowodory zawierające , prócz atomów węgla , chloru i fluoru,

HCFCs(skrót od ang. hydrochlorofluorocarbons)-węglowodory

Zawierające , prócz atomów węgla, wodór, chlor i fluor.(związek CFCs iHCFCs określane są nazwą freonów),

HBFCs(skrót od ang. hydrobromfluorocarbons)-węglowodory zawierające, prócz atomów węgla , wodór, brom i fluor,

Halony- węglowodory zawierające , prócz atomów węgla , brom i fluor, mogą zawierać też chlor.

Tetrachlorek węgla 1,1,1-trichloroetan , bromek metylu

Wszystkie wymienione powyżej substancje miały na ogół szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach , a obecnie są eliminowane. Freony były powszechnie stosowane w produkcji aerozoli, miękkich i sztywnych pianek poliuretanowych i jako rozpuszczalniki.

Halony były powszechnie używane jako środek gaśniczy ,a tetrachlorek węgla i 1,1,1-trichloroetan- jako rozpuszczalnik.

Bromek metylu służy do dezyfenkcji i dezynsekcji gleby , towarów , budynków , itp. Jego produkcja i zużycie są również stopniowo ograniczone.

Jaki jest mechanizm niszczenia ozonu w stratosferze?

Wieloletnie badania wykazały , że w wyniku oddziaływania promieniowania ultrafioletowego na cząsteczki zawierające chlor i brom w stratosferze wyzwolone zostają atomy chlor i bromu.

UV

CFCs Cl

UV

Halony Br

Prześledzimy ten proces w odniesieniu do atomów chloru. Chlor atomowy (Cl)bardzo szybko reaguje z ozonem (O3) tworząc tlenek chloru (ClO) i tlen cząsteczkowy (O2) .Tlenek chloru reaguje następnie z tlenem atomowym (O).

W wyniku reakcji powstaje cząsteczka tlenu i uwolniony zostaje chlor atomowy , który może brać udział w następnych reakcjach tego typu. Jest to

Tzw. reakcja łańcuchowa i szacuje się , że 1atom chloru może robić nawet 100000 cząsteczek ozonu . Podobnie reaguje brom z ozonem . 

Cl+O3 ClO+ O2

O+ClO Cl+O2

O+O3 O2+O2

Co to jest antarktyczna dziura ozonowa ?

Antarktyczna dziura ozonowa jest zjawiskiem , wywołanym przez działalność człowieka .Zanim do stratosfery dotarły związki chloru i bromu emitowane w wyniku działalności przemysłowej człowieka , poziomu ozonu na wiosnę nad był Antarktydą był 30-40% niższy niż nad Arktyką .Ta naturalna różnica była po raz pierwszy obserwowana w latach pięćdziesiątych przez Dobsona .Wyniki ona z różnych warunków atmosferycznych panujących nad biegunami: północnym i południowym.

Od końca lat siedemdziesiątych obserwuje się duże spadki zawartości ozonu w stratosferze nad Antarktyką , przekraczające 60% ,trwające około dwóch miesięcy na rozległym obszarze .Zjawisko to jest określane mianem dziury ozonowej.Systematycznego spadku poziomu ozonu zapoczątkowanego w latach osiemdziesiątych , w porównaniu z danymi z początku lat pięćdziesiątych. Wynika on z obecności w stratosferze emitowanych przez człowieka chlorowcopochodnych węglowodorów .

Jak bada się zawartość ozonu w atmosferze?

Globalny system pomiaru ozonu w atmosferze, który obejmuje obecnie około 150 stacji naziemnych rozmieszczonych na całym globie ziemskim, mierzący całkowitą zawartość ozonu w atmosferze oraz kilkadziesiąt stacji wykonujących pomiary pionowego rozkładu zawartości ozonu do wysokości około 35 km, został utworzony w 1957r. Jest on wspomagany przez satelity i samoloty badawcze.

W Polsce pomiary i badania ozonu prowadzone są przez Instytut Geofizyki PAN oraz Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Instytut Geofizyki prowadzi od 1963r. W Belsku k/Grójca pomiary całkowitej zawartości ozonu w atmosferze i jej pionowego rozkładu za pomocą spektrofotometru Dobsona. W 1991r. Rozpoczęto równoległe pomiary całkowitej zawartości ozonu w atmosferze spektrofotometrem Brewera.

Instytut Meteorologii I Gospodarki Wodnej od 1979r, dokonuje pomiarów pionowego rozkładu zawartości ozonu w atmosferze metodą radiosondażową, za pomocą balonów, w stacji w Leginowie.

Instytut Geofizyki PAN wykonuje również w Belsku od 1975r. Pomiary natężenia promieniowania UV-B. Pomiary takie także są prowadzone od połowy 1993r. Przez IMGW w trzech stacjach: w Łebie, Leginowie i na Kasprowym Wierchu. Otrzymane dane wykazują ubożenie warstwy ozonowej oraz tendencje zwiększenia natężenia promieniowania UV-B również nad Polską.

Wyniki pomiarów przekazywane są centrom międzynarodowym. Instytuty te prowadzą współprace z ośrodkami zagranicznymi.

Jakie są obecnie obowiązujące zalecenia Protokołu Montrealskiego?

Głównym zadaniem Protokołu Montrealskiego jest redukcja zużycia i produkcji substancji zubożających warstwę ozonową. W krajach rozwiniętych, do których należy również Polska, obecnie obowiązują poniższe harmonogramy redukcji.

Całkowity zakaz zużycia ( importu) i produkcji, z wyjątkami dotyczącymi np. produkcji leków, obowiązuje następujące substancje:

- halony 1211, 1301, 2401 - od 1994r.,

- CFCs, tetrachlorek węgla, 1,1,1-trichloroetan - od 1996r.,

- HCFCs, które są obecnie traktowane jako zamienniki wyżej wymienionych, podlegają stopniowemu ograniczeniu zużycia począwszy od 1996r., z terminem całkowitej redukcji od 2030r.,

- bromek metylu - całkowity zakaz produkcji i zużycia od 2010r.

Powyższe harmonogramy redukcji dotyczą jednak tylko substancji nowych, a

substancje pochodzące z odzysku i ponownie używane nie podlegają harmonogramowi redukcji.

Z przyczyn ekonomicznych krajom rozwijającym się przyznano dziesięcioletni okres opóźnienia realizacji zaleceń Protokołu.

Podobne prace

Do góry