Zjistěte, co to je, jaké jsou plyny, které ovlivňují a kdy by se měla ozonová vrstva regenerovat

Co je ozonová vrstva? To je velmi důležitá otázka pro každého, kdo se zajímá o zdraví planety Země, a tedy i o naše. Chcete-li však nejprve odpovědět, musíte pochopit, jak fungují některé základní procesy v atmosféře.

Jedním z hlavních environmentálních problémů spojených s chemií a znečištěním ovzduší je vyčerpání (nebo degradace) ozonové vrstvy. Určitě jste o tom už slyšeli. Ozonová vrstva, jak název napovídá, je vrstva zemské atmosféry, která má vysoké koncentrace ozonu (O3). Největší koncentrace se nachází ve stratosféře, asi 20 km až 25 km od zemského povrchu. Vrchol těchto koncentrací se nachází ve vysokých zeměpisných šířkách (pólech) a nejnižší se vyskytují v tropických oblastech (i když míra produkce O3 je v tropech vyšší).

Jak již bylo řečeno v našem článku „Ozón: darebák nebo dobrý člověk?“, Tento plyn může být pro život na Zemi nesmírně důležitý a nezbytný, stejně jako vysoce toxická znečišťující látka. Vše záleží na atmosférické vrstvě, ve které je. V troposféře je to darebák. Ve stratosféře dobrý člověk. V této věci budeme hovořit o stratosférickém ozonu, poukazovat na jeho funkce, jeho důležitost, jak byl degradován a jak tomu zabránit.

Funkce

Stratosférický ozon (dobrý člověk) je zodpovědný za filtrování slunečního záření na některých vlnových délkách (absorbuje veškeré ultrafialové záření B, nazývané UV-B a část jiných typů záření), které jsou schopné způsobit určité typy rakoviny, přičemž jsou jedním nejhorší je melanom. Má také funkci udržovat Zemi v teple a zabránit šíření veškerého tepla emitovaného na povrchu planety.

Co je ozonová vrstva?

Ozonová vrstva, jak již bylo zmíněno dříve, je vrstva, která koncentruje asi 90% molekul O3. Tato vrstva je nezbytná pro život na Zemi, protože chrání všechny živé bytosti filtrováním ultrafialového slunečního záření typu B. Ozon se chová odlišně podle nadmořské výšky, ve které se nachází. V roce 1930 popsal anglický fyzik Sydnei Chapman procesy stratosférické produkce a degradace ozonu na základě čtyř kroků: kyslíková fotolýza; produkce ozonu; spotřeba ozonu I; spotřeba ozonu II.

1. Fotolýza kyslíku

Sluneční záření dosahuje molekuly O2 a odděluje její dva atomy. Jinými slovy, tento první stupeň získá jako produkt dva volné atomy kyslíku (O).

2. Produkce ozónu

V tomto kroku reaguje každý z volných kyslíků (O) produkovaných při fotolýze s molekulou O2 a získává molekuly ozonu (O3) jako produkt. K této reakci dochází pomocí atomu nebo molekuly katalyzátoru, látky, která umožňuje rychlejší reakci, ale bez aktivního působení a bez vazby na činidla (O a O2) nebo produkt (O3).

Kroky 3 a 4 ukazují, jak lze ozon degradovat různými způsoby:

3. Spotřeba ozónu I

Ozon vytvořený ve fázi výroby se potom působením slunečního záření (při přítomnosti vlnových délek v rozmezí od 400 nanometrů do 600 nanometrů) znovu degraduje na molekulu O a O2.

4. Spotřeba ozonu II

Další způsob degradace ozonu (O3) je reakce s volnými atomy kyslíku (O). Tímto způsobem se všechny tyto atomy kyslíku rekombinují a vytvoří jako produkt dvě molekuly kyslíku (O2).

Ale pak, pokud se ozon produkuje a degraduje, co udržuje ozonovou vrstvu? Abychom mohli odpovědět na tuto otázku, musíme vzít v úvahu dva důležité faktory: rychlost produkce / destrukce molekul (rychlost, s jakou jsou produkovány a ničeny) a jejich průměrná životnost (doba potřebná ke snížení koncentrace některé sloučeniny na polovinu počáteční koncentrace).

Pokud jde o rychlost produkce / destrukce molekul, bylo zjištěno, že kroky 1 a 4 jsou pomalejší než kroky 2 a 3 procesu. Protože však vše začíná ve fázi fotolýzy kyslíku (stupeň 1), můžeme říci, že na tom závisí koncentrace generovaného ozonu. To vysvětluje, proč koncentrace O3 klesá ve výškách nad 25 km a v nižších nadmořských výškách; ve výškách nad 25 km koncentrace O2 klesá. V nižších atmosférických vrstvách převládají delší vlnové délky, které mají méně energie k rozkladu molekul kyslíku, což snižuje jejich rychlost fotolýzy.

Navzdory velkému objevu těchto kroků, pokud bychom měli vzít v úvahu pouze tyto procesy destrukce, získali bychom hodnoty koncentrace O3 dvakrát vyšší než ty, které byly pozorovány ve skutečnosti. To se neděje, protože kromě prokázaných kroků existují také nepřirozené cykly vyčerpání ozonu způsobené látkami poškozujícími ozonovou vrstvu (SDO): produkty jako halon, tetrachlormethan (CTC), hydrochlorofluorouhlík (HCFC), chlorfluoruhlovodík (CFC) a methylbromid (CH3Br). Když se uvolní do atmosféry, přesunou se do stratosféry, kde se rozloží UV zářením a uvolní atomy bez chloru, které následně rozbijí ozonovou vazbu a vytvoří oxid chloričitý a plynný kyslík. Vytvořený oxid chloričitý bude znovu reagovat s atomy bez kyslíku,tvoří více atomů chloru, které budou reagovat s kyslíkem atd. Odhaduje se, že každý atom chloru může rozložit asi 100 tisíc molekul ozonu ve stratosféře a má životnost 75 let, ale je zde dostatek výboje, aby mohl reagovat téměř 100 let s ozonem. Kromě reakcí s oxidy vodíku (HOx) a oxidy dusíku (NOx), které také reagují se stratosférickým O3, ničí jej a přispívají k degradaci ozonové vrstvy.Kromě reakcí s oxidy vodíku (HOx) a oxidy dusíku (NOx), které také reagují se stratosférickým O3, ničí jej a přispívají k degradaci ozonové vrstvy.Kromě reakcí s oxidy vodíku (HOx) a oxidy dusíku (NOx), které také reagují se stratosférickým O3, ničí jej a přispívají k degradaci ozonové vrstvy.

Níže uvedený graf ukazuje historii spotřeby SDO v Brazílii:

Kde jsou látky poškozující ozonovou vrstvu a jak se jim vyhnout?

CFC

Chlorfluoruhlovodíky jsou syntetizované sloučeniny tvořené chlorem, fluorem a uhlíkem, které se široce používají v několika procesech - hlavní jsou uvedeny níže:

• CFC-11: používá se při výrobě polyuretanových pěn jako expanzního činidla, v aerosolech a léčivech jako hnací plyn, při domácím, komerčním a průmyslovém chlazení jako kapalina;
• CFC-12: aplikován ve všech procesech, ve kterých byl použit CFC-11, a také ve směsi s ethylenoxidem, jako sterilizátor;
• CFC-113: používá se v přesných elektronických součástkách jako rozpouštědla pro čištění;
• CFC-114: používá se v aerosolech a léčivech jako pohonná látka;
• CFC-115: používá se jako kapalina v komerčním chlazení.

Odhaduje se, že tyto sloučeniny poškozují ozonovou vrstvu asi 15 000krát více než CO2 (oxid uhličitý).

V roce 1985 byla Vídeňská úmluva o ochraně ozonové vrstvy ratifikována ve 28 zemích. Díky příslibům spolupráce při výzkumu, monitorování a výrobě CFC představila konvence myšlenku čelit environmentálním problémům na globální úrovni, než budou pociťovány nebo vědecky doloženy jeho účinky. Z tohoto důvodu je Vídeňská úmluva považována za jeden z největších příkladů uplatňování zásady předběžné opatrnosti při významných mezinárodních jednáních.

V roce 1987 se skupina 150 vědců ze čtyř zemí vydala do Antarktidy a potvrdila, že koncentrace oxidu chloričitého byla v této oblasti stokrát vyšší než kdekoli jinde na planetě. Poté 16. září téhož roku Montrealský protokol stanovil potřebu postupného zákazu CFC a jejich nahrazování plyny, které nejsou škodlivé pro ozonovou vrstvu. Díky tomuto protokolu je 16. září považován za Světový den ochrany ozonové vrstvy.

Vídeňská úmluva o ochraně ozonové vrstvy a Montrealský protokol byly ratifikovány v Brazílii 19. března 1990 a v zemi byly vyhlášeny 6. června téhož roku vyhláškou č. 99 280.

V Brazílii bylo používání CFC zcela zastaveno v roce 2010, jak ukazuje následující graf:

HCFC

Hydrochlorofluorouhlovodíky jsou umělé látky dovážené do Brazílie, zpočátku v malém množství. Vzhledem k zákazu CFC je však používání stále na vzestupu. Hlavní aplikace jsou:

Výrobní sektor

• HCFC-22: klimatizace a chlazení pěnou;
• HCFC-123: hasicí přístroje;
• HCFC-141b: pěny, rozpouštědla a aerosoly;
• HCFC-142b: pěny.

Odvětví služeb

• HCFC-22: chlazení klimatizace;
• HCFC-123: chladicí stroje ( chladicí jednotky );
• HCFC-141b: čištění elektrických obvodů;
• Směsi HCFC: klimatizační chladničky.

Podle ministerstva životního prostředí (MMA) se odhaduje, že do roku 2040 bude v Brazílii odstraněna spotřeba HCFC. Níže uvedený graf ukazuje vývoj v používání HCFC:

Methylbromid

Jedná se o halogenovanou organickou sloučeninu, která je pod tlakem zkapalněný plyn a může mít přírodní nebo syntetický původ. Methylbromid je pro živé bytosti nesmírně toxický a smrtelný. Bylo široce používáno v zemědělství a při ochraně skladovaného zboží a k dezinfekci nádrží a mlýnů.

Brazílie již nechala zmrazit dovozní množství methylbromidu od poloviny 90. let. V roce 2005 země snížila dovoz o 30%.

Níže uvedená tabulka ukazuje plán stanovený Brazílií pro eliminaci používání methylbromidu:

Podle MMA je použití methylbromidu povoleno pouze pro karanténní a předzásilkové ošetření vyhrazené pro dovoz a vývoz.

Níže je uveden graf historie spotřeby methylbromidu v Brazílii:

Halony

Halonová látka je uměle vyráběna a dovážena Brazílií. Skládá se z bromu, chloru nebo fluoru a uhlíku. Tato látka byla široce používána v hasicích přístrojích pro všechny typy ohně. Podle Montrealského protokolu by v roce 2002 byl povolen dovoz halonu s odkazem na průměr brazilských dovozů v letech 1995 až 1997, což by v roce 2005 snížilo 50% a v roce 2010 by byl dovoz zcela zakázán. Rezoluce Conama č. 267 ze dne 14. prosince 2000 však šla dále a zakazovala dovoz nových halonů od roku 2001 a umožňovala dovážet pouze regenerované halony, protože nejsou součástí harmonogramu eliminace protokolu.

Halon-1211 a halon-1301 se používají hlavně při likvidaci mořských požárů, v letecké navigaci, na ropných lodích a plošinách pro těžbu ropy, v kulturních a uměleckých sbírkách a v energetických a jaderných elektrárnách, kromě použití válečný. V těchto případech je povoleno použití vzhledem k jeho účinnosti při hašení požárů bez zanechání zbytků a bez poškození systémů.

Podle níže uvedeného grafu již Brazílie odstranila spotřebu halonů.

Chlór

Chlór je do atmosféry emitován antropogenním způsobem (lidskou činností), zejména pomocí CFC (chlorfluoruhlovodíků), které jsme již viděli výše. Jsou to plynné syntetické sloučeniny, široce používané při výrobě sprejů a ve starších chladničkách a mrazničkách.

Oxidy dusíku

Některé přirozené zdroje vyzařování jsou mikrobiální transformace a elektrické výboje v atmosféře (paprsky). Jsou také generovány antropogenními zdroji. Hlavní je spalování fosilních paliv při vysokých teplotách. Z tohoto důvodu dochází k emisi těchto plynů v troposféře, což je vrstva atmosféry, kde žijeme, ale jsou snadno přenášeny do stratosféry prostřednictvím konvekčního mechanismu, který se pak může dostat k ozonové vrstvě a degradovat ji.

Jednou z metod, jak zabránit emisím NO a NO2, je použití katalyzátorů. Katalyzátory průmyslového a automobilového průmyslu mají funkci urychlení chemických reakcí, které přeměňují znečišťující látky na produkty, které jsou méně škodlivé pro lidské zdraví a životní prostředí, než se uvolní do atmosféry.

Oxidy vodíku

Hlavním zdrojem HOx ve stratosféře je tvorba OH z fotolýzy ozonu, který produkuje excitované atomy kyslíku, které reagují s vodními parami.

Otvor pro ozonovou vrstvu

Obrázek: NASA

V roce 1985 bylo zjištěno, že mezi září a listopadem došlo k významnému snížení stratosférického ozonu přibližně o 50%, což odpovídá jarnímu období na jižní polokouli. Odpovědnost byla přičítána působení chloru z CFC. Několik studií naznačilo, že proces probíhá od roku 1979.

Jediný otvor v ozonové vrstvě se nachází nad Antarktidou - kdekoli jinde se stalo pomalé a postupné snižování ozonové vrstvy.

V současné době však existuje velký trend obrácení poškození ozonové vrstvy, a to díky opatřením přijatým v Montrealském protokolu, jak informuje Rozvojový program OSN (UNDP). Očekává se, že do roku 2050 bude vrstva obnovena na úroveň před rokem 1980.

Zajímavost: proč jen na jižním pólu?

Vysvětlení díry vyskytující se pouze nad Antarktidou lze podat zvláštními podmínkami jižního pólu, jako jsou nízké teploty a izolované systémy atmosférické cirkulace.

Díky konvekčním proudům cirkulují vzduchové masy nepřerušovaně, ale v Antarktidě kvůli extrémně silné zimě nedochází k cirkulaci vzduchu, což vytváří konvekční kruhy omezené na oblast, které se říká polární vír nebo vír.

Podívejte se také na toto krátké video vytvořené Národním ústavem pro vesmírný výzkum (Inpe) o degradaci ozonové vrstvy pomocí CFC:

Original text

Contribute a better translation

---