Što je ozonska rupa i što ona može značiti? Ozonske rupe: uzroci i posljedice Pojava ozonskih rupa

Ozonska rupa je lokalni pad koncentracije ozona u ozonskom omotaču Zemlje. Prema teoriji općeprihvaćenoj u znanstvenoj zajednici, u drugoj polovici 20. stoljeća sve veći utjecaj antropogenog čimbenika u obliku ispuštanja freona koji sadrže klor i brom doveo je do značajnog stanjivanja ozonskog omotača. .

Ozon je alotropska modifikacija kisik. Lik kemijske veze u ozonu uzrokuje njegovu nestabilnost (nakon određenog vremena ozon spontano prelazi u kisik: 2O 3 → 3O 2) i veliku oksidacijsku sposobnost. Oksidativno djelovanje ozona na organska tvar povezan sa stvaranjem radikala: RH + O 3 → RO 2. +OH.

Ti radikali pokreću lančane reakcije radikala s bioorganskim molekulama (lipidi, proteini, nukleinske kiseline), što dovodi do stanične smrti. Primjena ozona za sterilizaciju piti vodu na temelju njegove sposobnosti da ubija klice. Ozon je također važan za više organizme. Dugotrajno izlaganje okruženjima koja sadrže ozon (kao što su sobe za fizikalnu terapiju i kvarcno zračenje) može uzrokovati ozbiljna oštećenja. živčani sustav. Stoga je ozon u velikim dozama otrovan plin. Najveća dopuštena koncentracija u zraku radnog prostora je 0,1 mg/m3.

Ozona, koji tako divno miriše za vrijeme grmljavinske oluje, ima vrlo malo u atmosferi - 3-4 ppm (promila) - (3-4) * 10 -4%. Međutim, njegova prisutnost izuzetno je važna za floru i faunu planeta. Uostalom, život koji je nastao u oceanskim dubinama uspio je "dopuzati" na kopno tek nakon formiranja ozonskog štita prije 600-800 milijuna godina. Apsorpcijom biološki aktivnog sunčevog ultraljubičastog zračenja, osigurao je njegovu sigurnu razinu na površini planeta. Život na Zemlji nezamisliv je bez ozonskog omotača koji štiti sva živa bića od štetnog ultraljubičastog zračenja Sunca. Nestanak ozonosfere doveo bi do nepredvidivih posljedica - izbijanja raka kože, uništavanja planktona u oceanu, mutacija flore i faune. Stoga je tako važno razumjeti uzroke ozonske "rupe" nad Antarktikom i smanjenje razine ozona na sjevernoj hemisferi.

Ozon nastaje u gornjoj stratosferi (40-50 km) tijekom fotokemijskih reakcija koje uključuju kisik, dušik, vodik i klor. Atmosferski ozon koncentriran je u dva područja – stratosferi (do 90%) i troposferi. Što se tiče troposferskog ozonskog omotača raspoređenog na nadmorskoj visini od 0 do 10 km, on je upravo zbog nekontroliranih industrijskih emisija sve izdašniji. U nižoj stratosferi (10-25 km), gdje je ozona najviše, glavnu ulogu u sezonskim i dugoročnijim promjenama njegove koncentracije imaju procesi prijenosa zračnih masa.

Debljina ozonskog omotača nad Europom se smanjuje velikom brzinom, što ne može a da ne brine znanstvenike. Tijekom prošle godine, debljina ozonskog "kaputa" smanjila se za 30%, a stopa propadanja prirodne zaštitne ljuske dosegla je najvišu točku u posljednjih 50 godina. Utvrđeno je da se kemijske reakcije koje uništavaju ozon odvijaju na površini ledenih kristala i svih drugih čestica zarobljenih u visokoj stratosferi iznad polarnih područja. Kakvu to opasnost predstavlja za ljude?

Tanak ozonski omotač (2-3 mm kada je raspoređen po kugli zemaljskoj) nije u stanju spriječiti prodor kratkovalnih ultraljubičastih zraka koje uzrokuju rak kože i opasne su za biljke. Stoga je danas, zbog velike aktivnosti sunca, sunčanje postalo manje korisno. Općenito, ekološki centri bi trebali davati preporuke stanovništvu kako se ponašati ovisno o aktivnosti sunca, ali kod nas takav centar ne postoji.

Klimatske promjene povezane su sa smanjenjem ozonskog omotača. Jasno je da će se promjene dogoditi ne samo u području kojim se “proteže” ozonska rupa. Lančana reakcija povući će promjene u mnogim dubinskim procesima našeg planeta. To ne znači da će brzo globalno zagrijavanje početi posvuda, kako nas plaše u horor filmovima. Ipak, to je previše složen i dugotrajan proces. Ali mogu se pojaviti i druge katastrofe, na primjer, povećat će se broj tajfuna, tornada i uragana.

Utvrđeno je da se iznad Arktika i Antarktika pojavljuju “rupe” u ozonskom omotaču. To se objašnjava činjenicom da se na polovima stvaraju kiseli oblaci koji uništavaju ozonski omotač. Ispostavilo se da ozonske rupe ne nastaju zbog aktivnosti sunca, kako se obično vjeruje, već od svakodnevnih aktivnosti svih stanovnika planeta, uključujući i vas i mene. Tada se “kiselinski jazovi” pomiču, najčešće u Sibir.

Pomoću novog matematičkog modela bilo je moguće povezati podatke iz promatranja sa zemlje, satelita i zrakoplova s ​​razinama vjerojatnih budućih emisija spojeva koji oštećuju ozonski omotač u atmosferu, vremenom njihovog prijenosa na Antarktiku i vremenom na južnim geografskim širinama . Pomoću modela dobivena je prognoza prema kojoj će se ozonski omotač nad Antarktikom oporaviti 2068. godine, a ne 2050. godine, kako se vjerovalo.

Poznato je da je trenutačno razina ozona u stratosferi iznad područja daleko od polova približno 6% ispod normale. U isto vrijeme, u proljeće, sadržaj ozona iznad Antarktike može se smanjiti za 70% u odnosu na godišnji prosjek. Novi model omogućuje točnije predviđanje razina plinova koji oštećuju ozonski omotač iznad Antarktika i njihovu vremensku dinamiku, koja određuje veličinu ozonske "rupe".

Korištenje tvari koje oštećuju ozon ograničeno je Montrealskim protokolom. Vjerovalo se da će to dovesti do brzog "stezanja" ozonske rupe. Međutim, nova istraživanja su pokazala da će u stvarnosti stopa pada biti vidljiva tek 2018. godine.

Za početak globalnog oporavka potrebno je smanjiti pristup atmosferi svih tvari koje vrlo brzo razaraju ozon i tamo se dugo zadržavaju. Ljudi to moraju shvatiti i pomoći prirodi da započne proces obnove ozonskog omotača, a posebno su potrebne nove sadnje šuma.

Za obnavljanje ozonskog omotača potrebno ga je ponovno napuniti. Isprva je u tu svrhu planirano stvoriti nekoliko zemaljskih tvornica ozona i "baciti" ozon u gornje slojeve atmosfere na teretnim zrakoplovima. Međutim, taj projekt (vjerojatno je to bio prvi projekt “liječenja” planeta) nije realiziran. Ruski konzorcij Interozon predlaže drugačiji način: proizvodnju ozona izravno u atmosferi. U bliskoj budućnosti, zajedno s njemačkom tvrtkom Daza, planira se podići balone s infracrvenim laserima na visinu od 15 km, uz pomoć kojih mogu proizvoditi ozon iz dvoatomnog kisika. Ako se ovaj eksperiment pokaže uspješnim, u budućnosti se planira koristiti iskustvo Rusa orbitalna stanica"Mir" i stvoriti nekoliko svemirskih platformi s izvorima energije i laserima na visini od 400 km. Laserske zrake bit će usmjerene u središnji dio ozonskog omotača i stalno će ga obnavljati. Izvor energije mogu biti solarni paneli. Astronauti na ovim platformama bit će potrebni samo za periodične preglede i popravke.

Vrijeme će pokazati hoće li se grandiozni mirovni projekt realizirati.

Uzimajući u obzir hitnost situacije, čini se potrebnim:

ü proširiti kompleks teorijskih i eksperimentalno istraživanje o problemu očuvanja ozonskog omotača;

ü aktivnim sredstvima stvoriti Međunarodni fond za očuvanje ozonskog omotača;

ü organizirati Međunarodni odbor za izradu strategije za opstanak čovječanstva u ekstremnim uvjetima.

Iz kisika pod utjecajem ultraljubičastih zraka. Zemljina atmosfera ima ozonski omotač na visini od oko 25 kilometara: sloj ovog plina čvrsto okružuje naš planet, štiteći ga od visokih koncentracija ultraljubičastog zračenja. Da nije bilo ovog plina, intenzivna radijacija mogla je ubiti sav život na Zemlji.

Ozonski omotač je prilično tanak, ne može u potpunosti zaštititi planet od prodiranja zračenja koje štetno utječe na stanje i uzrokuje bolesti. Ali dugo je bilo dovoljno da zaštiti Zemlju od opasnosti.

80-ih godina 20. stoljeća otkriveno je da u ozonskom omotaču postoje područja u kojima je sadržaj ovog plina jako smanjen – takozvane ozonske rupe. Prvu rupu nad Antarktikom otkrili su britanski znanstvenici, ostali su zaprepašteni razmjerima fenomena - područje promjera većeg od tisuću kilometara gotovo da nije imalo zaštitni sloj i bilo je izloženo jačem ultraljubičastom zračenju.

Kasnije su pronađene i druge ozonske rupe, manje veličine, ali ništa manje opasne.

Uzroci nastanka ozonske rupe

Mehanizam nastanka ozonskog omotača u Zemljinoj atmosferi prilično je složen, a različiti razlozi mogu dovesti do njegovog poremećaja. U početku su znanstvenici predlagali mnoge verzije: utjecaj čestica nastalih tijekom atomskih eksplozija i utjecaj erupcije vulkana El Chicon; čak su izražena i mišljenja o aktivnostima izvanzemaljaca.

Razlozi oštećenja ozonskog omotača mogu biti nedostatak sunčevog zračenja, stvaranje stratosferskih oblaka, polarni vrtlozi, ali najčešće koncentracija ovog plina pada zbog njegovih reakcija s razne tvari, koji mogu biti prirodne i antropogene prirode. Molekule se uništavaju pod utjecajem vodika, kisika, klora, klorovodika, organski spojevi. Iako znanstvenici ne mogu definitivno reći je li nastanak ozonskih rupa uvelike uzrokovan ljudska aktivnost, ili je prirodnog porijekla.

Dokazano je da freoni koji se oslobađaju tijekom rada mnogih uređaja uzrokuju gubitak ozona u srednjim i visokim geografskim širinama, ali ne utječu na stvaranje polarnih ozonskih rupa.

Vjerojatno je kombinacija mnogih ljudskih i prirodnih faktora dovela do stvaranja ozonskih rupa. S jedne strane, vulkanska aktivnost se povećala, s druge strane, ljudi su počeli ozbiljno utjecati na prirodu - ozonski omotač može patiti ne samo od ispuštanja freona, već i od sudara s neispravnim satelitima. Zahvaljujući smanjenju broja erupcija vulkana od kraja 20. stoljeća i ograničenju upotrebe freona, situacija se počela lagano popravljati: znanstvenici su nedavno zabilježili blagu obnovu rupe nad Antarktikom. Detaljnije proučavanje oštećenja ozona omogućit će sprječavanje nastanka ovih područja.

Postoje mnoge hipoteze koje pokušavaju objasniti pad koncentracije ozona. Razlozi njegovih fluktuacija u Zemljinoj atmosferi povezani su s:

• · s dinamičkim procesima koji se odvijaju u Zemljinoj atmosferi (unutarnji gravitacijski valovi, Azorski anticiklon itd.);
• · s utjecajem Sunca (kolebanja u njegovoj aktivnosti);
• · s vulkanizmom kao posljedicom geoloških procesa (istjecanje freona iz vulkana koji sudjeluju u razaranju ozonskog omotača, varijacije magnetsko polje Zemljište, itd.);
• s prirodnim procesima koji se odvijaju u gornje školjke Zemlji, uključujući aktivnost mikroorganizama koji proizvode dušik, morske struje(fenomen El Niño), šumski požari itd.;
• · s antropogenim faktorom povezanim s ljudskom gospodarskom aktivnošću, kada se u atmosferi proizvode značajne količine spojeva koji oštećuju ozonski omotač.

Posljednjih desetljeća naglo se povećao utjecaj antropogenih čimbenika, što je dovelo do pojave ekološki problemi, koje su sami ljudi neočekivano pretvorili u globalne: efekt staklenika, kisele kiše, uništavanje šuma, dezertifikacija teritorija, onečišćenje okoliša štetnim tvarima, smanjenje biološke raznolikosti planeta.

Neki znanstvenici smatraju da je upravo ljudska gospodarska aktivnost uvelike povećala udio halogenog puta raspada stratosferskog ozona, što je izazvalo nastanak ozonskih rupa.

Protokol iz Montreala iz 1987. godine zabranio je proizvodnju rashladnih sredstava koja su se koristila za očuvanje hrane u posljednjih pola stoljeća, ne samo što je ljudski život učinila ugodnijim, već i spasila živote mnogih milijuna ljudi koji pate od nestašice hrane. Kako su jeftini rashladni fluidi bili zabranjeni, nerazvijene zemlje nisu mogle kupiti skupe rashladne fluide. Stoga ne mogu skladištiti poljoprivredne proizvode koje proizvedu. Skupa uvozna oprema razvijena u zemljama pokretača “borbe protiv ozonskih rupa” donosi im znatan prihod. Zabrana rashladnih sredstava pridonijela je povećanju smrtnosti u najsiromašnijim zemljama.

Danas sa sigurnošću možemo reći da ne postoje strogo znanstveno dokazani dokazi o razornom učinku umjetno stvorenih molekula klorofluougljika na ozonski omotač planeta. No, u znanstvenoj zajednici prevladava stajalište da je u drugoj polovici 20. stoljeća uzrok smanjenja debljine ozonskog omotača bio antropogeni čimbenik, koji je u obliku ispuštanja klora i freoni koji sadrže brom doveli su do značajnog stanjivanja ozonskog omotača.

Freoni su derivati ​​zasićenih ugljikovodika (uglavnom metana i etana) koji sadrže fluor i koji se koriste kao rashladna sredstva u rashladnim strojevima. Osim atoma fluora, molekule freona obično sadrže atome klora, rjeđe broma. Poznato je više od 40 različitih freona. Većina ih proizvodi industrija.

Freon 22 (Freon 22) - pripada tvarima 4. klase opasnosti. Kada je izložen temperaturama iznad 400°C, može se razgraditi i formirati vrlo otrovne proizvode: tetrafluoretilen (4. razred opasnosti), klorovodik (2. razred opasnosti), fluorovodik (1. razred opasnosti).

Tako su dobiveni podaci potvrdili zaključak mnogih (ali ne svih!) istraživača da je uočeni gubitak ozona u srednjim i visokim geografskim širinama uglavnom posljedica antropogenih spojeva koji sadrže klor i brom.

Ali prema drugim idejama, formiranje "ozonskih rupa" je uglavnom prirodan, periodični proces, koji nije povezan isključivo sa štetnim učincima ljudske civilizacije. Ovo stajalište danas mnogi ne dijele, ne samo zato što nemaju argumenata, već zato što se pokazalo da je isplativije slijediti trag “globalnih utopija”. Mnogi su znanstvenici, u nedostatku sredstava za znanstvena istraživanja, postali i postaju žrtvama dotacija za potkrepljivanje ideja “globalnog ekološkog šovinizma” i krivnje za napredak u tome.

Kako ističe G. Kruchenitsky, A. Khrgian, vodeći ruski stručnjak za ozon, praktički je prvi skrenuo pozornost na činjenicu da je nastanak i nestanak ozonskih rupa na sjevernoj hemisferi u korelaciji s atmosfersko-dinamičkim, a ne kemijskim procesima. Sadržaj ozona može se promijeniti za nekoliko desetaka posto unutar dva do tri dana. Odnosno, nije riječ o tvarima koje oštećuju ozonski omotač, već o dinamici same atmosfere.

E. Borisenkov, istaknuti stručnjak na području proučavanja atmosfere, na temelju obrade podataka devet zapadnoeuropskih postaja tijekom dvadeset i tri godine, utvrdio je korelaciju između 11-godišnjih ciklusa sunčeva aktivnost i promjene ozona u Zemljinoj atmosferi.

Uzroci ozonskih rupa uglavnom se povezuju s antropogenim izvorima spojeva koji prodiru u stratosferski sloj Zemljine atmosfere. Međutim, postoji jedna kvaka. Leži u činjenici da se glavni izvori spojeva koji oštećuju ozonski omotač ne nalaze u polarnim (južnim i sjevernim) geografskim širinama, već su koncentrirani bliže ekvatoru i gotovo se u potpunosti nalaze na sjevernoj hemisferi. Dok se najčešći fenomeni stanjivanja debljine ozonskog omotača (stvarna pojava ozonskih rupa) opažaju na Antarktici (južna hemisfera), a rjeđe u arktičkoj zoni.

To jest, izvori spojeva koji oštećuju ozonski omotač moraju se brzo i dobro izmiješati u Zemljinoj atmosferi. Pritom brzo napuštaju niže slojeve atmosfere, gdje također treba promatrati njihove reakcije uz sudjelovanje ozona. Istine radi, treba napomenuti da u troposferi ima znatno manje ozona nego u stratosferi. Osim toga, "životni vijek" ovih spojeva može doseći nekoliko godina. Stoga mogu doći do stratosfere u uvjetima dominantnih vertikalnih kretanja zračnih masa i topline. Ali tu dolazi do poteškoća. Budući da se glavna kretanja povezana s prijenosom topline i mase (toplina + prenesena zračna masa) odvijaju upravo u troposferi. A budući da je temperatura zraka konstantna već na visini od 11-10 km i iznosi oko -50°C, tada bi trebalo usporiti ovaj prijenos topline i mase iz sloja troposfere u sloj stratosfere. A sudjelovanje antropogenih izvora koji uništavaju ozonski omotač možda i nije tako značajno kao što se još vjeruje.

Sljedeća činjenica koja može umanjiti ulogu antropogenog čimbenika u razaranju ozonskog omotača Zemlje je pojava ozonskih rupa, uglavnom u proljeće ili zimi. Ali to, prvo, proturječi pretpostavci o mogućnosti brzog miješanja spojeva koji oštećuju ozonski omotač u Zemljinoj atmosferi i njihovog prodiranja u stratosferski sloj visoke koncentracije ozona. Drugo, antropogeni izvor spojeva koji oštećuju ozonski omotač stalno je aktivan. Stoga je teško antropogenim uzrokom objasniti razloge za pojavu ozonskih rupa u proljeće i zimi, pa čak iu polarnim širinama. Ali prisutnost polarnih zima i prirodno smanjenje sunčevog zračenja zimi zadovoljavajuće objašnjava prirodni uzrok nastanka ozonskih rupa nad Antarktikom i Arktikom. Na primjer, koncentracije ozona u Zemljinoj atmosferi ljeti variraju od 0 do 0,07%, a zimi od 0 do 0,02%.

Na Antarktici i Arktiku mehanizam uništavanja ozona bitno je drugačiji od viših geografskih širina. Ovdje se uglavnom događa pretvorba neaktivnih oblika tvari koje sadrže halogen u okside. Reakcija se odvija na površini čestica polarnih stratosferskih oblaka. Kao rezultat toga, gotovo sav ozon je uništen u reakcijama s halogenima. U isto vrijeme, klor je odgovoran za 40-50%, a brom je odgovoran za oko 20-40%.

Dolaskom polarnog ljeta količina ozona se povećava i vraća na prethodnu razinu. Odnosno, fluktuacije koncentracije ozona iznad Antarktika su sezonske. Svi to priznaju. Ali ako su, ipak, raniji zagovornici antropogenih izvora spojeva koji oštećuju ozonski omotač bili skloni tvrditi da je uočena stalna dinamika smanjenja koncentracije ozona tijekom godine, kasnije se ta dinamika pokazala suprotnom. Ozonske rupe počela smanjivati. Iako bi, po njihovom mišljenju, obnova ozonskog omotača trebala trajati nekoliko desetljeća. Budući da se vjerovalo da se u atmosferi nakupila ogromna količina freona iz antropogenih izvora, koji imaju životni vijek nekoliko desetaka, pa i stotina godina. Stoga ne treba očekivati ​​da će se ozonska rupa zatvoriti prije 2048. godine. Kako vidimo, ova se prognoza nije obistinila. Ali uloženi su drastični napori da se smanji količina proizvodnje freona.

organizam ultraviolet ozon marine

Uvod

Ozonsku rupu promjera preko 1000 km prvi je put otkrila skupina britanskih znanstvenika 1985. godine na južnoj hemisferi Antarktika. Svakog kolovoza se pojavljivao, prestajući postojati do prosinca ili siječnja. Još jedna manja rupa stvarala se iznad sjeverne hemisfere na Arktiku.

Ozonska rupa- lokalni pad koncentracije ozona-ozonskog omotača Zemlje. Prema općeprihvaćenoj teoriji u znanstvenoj javnosti, u drugoj polovici 20. stoljeća sve veći utjecaj antropogeni faktor u obliku ispuštanja freona koji sadrže klor i brom dovela je do značajnog stanjivanja ozonskog omotača, vidi npr. izvješće Svjetske meteorološke organizacije:

Ovi i drugi nedavni znanstveni podaci potvrđuju zaključak prethodnih procjena da prevladavanje znanstvenih dokaza ukazuje da je uočeni gubitak ozona na srednjim i visokim geografskim širinama primarno uzrokovan antropogenim spojevima koji sadrže klor i brom

Prema drugoj hipotezi, proces stvaranja "ozonskih rupa" može biti u velikoj mjeri prirodan i nije povezan samo sa štetnim učincima ljudske civilizacije.

Obrazovni mehanizam

Kombinacija čimbenika dovodi do smanjenja koncentracije ozona u atmosferi, od kojih je glavni smrt molekula ozona u reakcijama s različitim tvarima antropogenog i prirodnog podrijetla, odsutnost sunčevog zračenja tijekom polarne zime, posebno stabilna polarna vrtlog koji sprječava prodor ozona iz subpolarnih geografskih širina, te stvaranje polarnih stratosferskih oblaka (PSC), čija površina čestica katalizira reakcije raspadanja ozona. Ovi čimbenici posebno su karakteristični za Antarktik; na Arktiku je polarni vrtlog mnogo slabiji zbog nepostojanja kontinentalne površine, temperatura je nekoliko stupnjeva viša nego na Antarktiku, a PSO su rjeđi i također imaju tendenciju raspadanja u rana jesen. Budući da su kemijski aktivne, molekule ozona mogu reagirati s mnogim anorganskim i organskim spojevima. Glavne tvari koje doprinose razaranju molekula ozona su jednostavne tvari (vodik, atomi kisika, klorobrom), anorganski (klorovodik, dušikov monoksid) i organski spojevi (metan, fluorklor i fluorbromofreoni, koji oslobađaju atome klora i broma). Nasuprot, na primjer, hidrofluorofreonima, koji se razlažu na atome fluora, koji zauzvrat brzo reagiraju stvarajući stabilni fluorovodik. Dakle, fluor ne sudjeluje u reakcijama raspadanja ozona.Jod također ne uništava stratosferski ozon, budući da se organske tvari koje sadrže jod gotovo potpuno troše u troposferi. Glavne reakcije koje doprinose razaranju ozona dane su u članku pro-ozonski omotač.

Posljedice

Slabljenje ozonskog omotača povećava dotok sunčevog zračenja na zemlju i uzrokuje povećanje broja raka kože kod ljudi. Biljke i životinje također pate od povećane razine zračenja.

Obnavljanje ozonskog omotača

Iako je čovječanstvo poduzelo mjere za ograničavanje emisija freona koji sadrže klor i brom prelaskom na druge tvari, poput freona koji sadrže fluor , proces obnove ozonskog omotača trajat će nekoliko desetljeća. Prije svega, to je zbog ogromne količine freona već akumuliranih u atmosferi, čiji životni vijek je nekoliko desetaka, pa čak i stotina godina. Stoga se zatvaranje ozonske rupe ne bi trebalo očekivati ​​prije 2048. godine.

Zablude o ozonskoj rupi

Postoji nekoliko raširenih mitova o nastanku ozonskih rupa. Unatoč svojoj neznanstvenosti, često se pojavljuju u medijima - ponekad zbog neznanja, ponekad potpomognuti pristašama teorije zavjere. Neki od njih navedeni su u nastavku.

Freoni su glavni razarači ozona

Ova izjava vrijedi za srednje i visoke geografske širine. U ostalom, ciklus klora je odgovoran za samo 15-25% gubitka ozona u stratosferi. Treba napomenuti da je 80% klora antropogenog podrijetla. (za više detalja o doprinosu različitih ciklusa, vidi čl. ozonski omotač). To jest, ljudska intervencija uvelike povećava doprinos ciklusa klora. I uz postojeću tendenciju povećanja proizvodnje freona prije stupanja na snagu Montrealski protokol(10% godišnje) 30 do 50% ukupnog gubitka ozona 2050. bilo bi zbog izloženosti CFC-u. Prije ljudske intervencije, procesi stvaranja i razaranja ozona bili su u ravnoteži. Ali freoni koje emitira ljudska aktivnost pomaknuli su ovu ravnotežu prema smanjenju koncentracije ozona. Što se tiče polarnih ozonskih rupa, ovdje je situacija potpuno drugačija. Mehanizam razaranja ozona bitno se razlikuje od viših geografskih širina, a ključna faza je pretvaranje neaktivnih oblika tvari koje sadrže halogen u okside, što se događa na površini čestica polarnih stratosferskih oblaka. Kao rezultat toga, gotovo sav ozon je uništen u reakcijama s halogenima, klor je odgovoran za 40-50%, a brom je odgovoran za oko 20-40%.

DuPont je pokrenuo zabranu starih i prelazak na nove vrste freona jer im je istjecao patent

DuPont je, nakon objave podataka o sudjelovanju freona u uništavanju stratosferskog ozona, neprijateljski uzeo ovu teoriju i potrošio milijune dolara na tiskovnu kampanju za zaštitu freona. Predsjednik DuPont napisao je u članku u Chemical Weeku 16. srpnja 1975. da je teorija o oštećenju ozonskog omotača znanstvena fantastika, besmislica i da nema smisla. Uz DuPont, brojne tvrtke diljem svijeta proizvele su i proizvode različite vrste freona bez plaćanja tantijema.

Freoni su preteški da bi dosegli stratosferu

Ponekad se tvrdi da, budući da su molekule freona mnogo teže od dušika i kisika, ne mogu doći do stratosfere u značajnijim količinama. Međutim, atmosferski plinovi potpuno su izmiješani i nisu odvojeni niti razvrstani po težini. Procjene potrebnog vremena za difuzijsku stratifikaciju plinova u atmosferi zahtijevaju vremena reda veličine tisuća godina. Naravno, u dinamičnoj atmosferi to je nemoguće. Procesi vertikalnog prijenosa mase, konvekcije i turbulencije puno brže potpuno miješaju atmosferu ispod turbopauze. Stoga se čak i tako teški plinovi kao što su inertni freoni ravnomjerno raspoređuju u atmosferi, uključujući dospijevanje u stratosferu. Eksperimentalna mjerenja njihove koncentracije u atmosferi to potvrđuju, vidi npr. desno graf raspodjele CFC-11 freona po visini. Mjerenja također pokazuju da je potrebno oko pet godina da plinovi koji se ispuštaju na Zemljinu površinu dođu do stratosfere, pogledajte drugi grafikon desno. Da se plinovi u atmosferi ne miješaju, tada bi tako teški plinovi iz svog sastava kao što je ugljični dioksid na Zemljinoj površini formirali sloj debeo nekoliko desetaka metara, što bi Zemljinu površinu učinilo nenastanjivom. Srećom, nije tako. Ikripton, atomske mase 84, i helij, atomske mase 4, imaju istu relativnu koncentraciju, kako blizu površine tako i do 100 km visine. Naravno, sve navedeno vrijedi samo za plinove koji su relativno stabilni, poput freona ili inertnih plinova. Tvari koje reagiraju, a također su podložne raznim fizičkim utjecajima, recimo otapaju se u vodi, imaju koncentracijsku ovisnost o nadmorskoj visini.

Glavni izvori halogena su prirodni, a ne antropogeni

Smatra se da su prirodni izvori halogena, poput vulkana i oceana, značajniji za proces uništavanja ozona od onih koje proizvodi čovjek. Ne dovodeći u pitanje doprinos prirodnih izvora ukupnoj ravnoteži halogena, treba napomenuti da oni općenito ne dospijevaju u stratosferu zbog činjenice da su topivi u vodi (uglavnom kloridni ioni i klorovodik) i ispiru se iz atmosfera, padajući kao kiša na tlo. Također, prirodni spojevi su manje stabilni od freona; na primjer, metil klorid ima životni vijek u atmosferi samo oko godinu dana, u usporedbi s desecima i stotinama godina za freone. Stoga je njihov doprinos uništavanju stratosferskog ozona prilično mali. Čak je i rijetka erupcija planine Pinatubo u lipnju 1991. uzrokovala pad razine ozona ne zbog oslobođenih halogena, već zbog stvaranja velike mase aerosola sumporne kiseline čija je površina katalizirala reakcije razaranja ozona. Srećom, nakon samo tri godine, gotovo cijela masa vulkanskih aerosola uklonjena je iz atmosfere. Dakle, vulkanske erupcije su relativno kratkotrajni čimbenici koji utječu na ozonski omotač, za razliku od freona, čiji životni vijek iznosi nekoliko desetaka i stotina godina.

Ozonska rupa mora biti smještena iznad izvora freona

Mnogi ljudi ne razumiju zašto se ozonska rupa formira na Antarktici kada se glavne emisije CFC-a događaju na sjevernoj hemisferi. Činjenica je da su freoni dobro izmiješani u troposferi i stratosferi. Zbog niske reaktivnosti praktički se ne troše u nižim slojevima atmosfere i imaju životni vijek od nekoliko godina ili čak desetljeća. Stoga lako dopiru do gornjih slojeva atmosfere. Antarktička "ozonska rupa" ne postoji vječno. Javlja se krajem zime - početkom proljeća. Razlozi za nastanak ozonske rupe na Antarktici povezani su s lokalnom klimom. Niske temperature antarktičke zime dovode do stvaranja polarnog vrtloga. Zrak unutar ovog vrtloga kreće se uglavnom po zatvorenim putanjama oko Južnog pola. U ovom trenutku polarna regija nije osvijetljena Suncem i tamo ne nastaje ozon. Dolaskom ljeta količina ozona se povećava i vraća na prethodnu razinu. Odnosno, fluktuacije koncentracije ozona iznad Antarktika su sezonske. Međutim, ako se prati godišnja prosječna dinamika promjena koncentracije ozona i veličine ozonske rupe tijekom proteklih desetljeća, onda postoji striktno definirana tendencija pada koncentracije ozona.Koltni rad >> Ekologija ozona rupe u atmosferi zbog... Sustavna promatranja: i) stanja ozon sloj (prostorna i vremenska varijabilnost...

Prvo što treba biti jasno je da ozonska rupa, suprotno svom nazivu, nije rupa u atmosferi. Molekula ozona razlikuje se od obične molekule kisika po tome što se ne sastoji od dva, već od tri međusobno povezana atoma kisika. U atmosferi je ozon koncentriran u tzv ozonski omotač, na visini od približno 30 km unutar stratosfere. Ovaj sloj apsorbira ultraljubičaste zrake koje emitira Sunce, inače bi sunčevo zračenje moglo nanijeti veliku štetu životu na površini Zemlje. Stoga svaka prijetnja ozonskom omotaču zaslužuje da se shvati vrlo ozbiljno. Godine 1985. britanski znanstvenici koji su radili na Južni pol, otkrio je da su tijekom antarktičkog proljeća razine atmosferskog ozona znatno ispod normale. Svake godine u isto vrijeme količina ozona se smanjivala — nekada u većoj, nekada u manjoj mjeri. Slične, ali manje izražene ozonske rupe pojavile su se i iznad Sjevernog pola tijekom arktičkog proljeća.

U narednim godinama znanstvenici su shvatili zašto se pojavljuje ozonska rupa. Kad sunce zađe i započne duga polarna noć, temperature naglo padaju i stvaraju se visoki stratosferski oblaci koji sadrže ledene kristale. Pojava ovih kristala uzrokuje niz složenih kemijske reakcije, što dovodi do nakupljanja molekularnog klora (molekula klora sastoji se od dva povezana atoma klora). Kada se sunce pojavi i započne antarktičko proljeće, pod utjecajem ultraljubičastih zraka, unutarmolekularne veze se prekidaju, a tok atoma klora juri u atmosferu. Ovi atomi djeluju kao katalizatori za reakcije koje pretvaraju ozon u jednostavni kisik, odvijajući se prema sljedećoj dvostrukoj shemi:

Cl + O 3 -> ClO + O 2 i ClO + O -> Cl + O 2

Kao rezultat ovih reakcija, molekule ozona (O 3) pretvaraju se u molekule kisika (O 2), pri čemu izvorni atomi klora ostaju u slobodnom stanju i ponovno sudjeluju u tom procesu (svaka molekula klora uništi milijun molekula ozona prije nego što se uklanjaju se iz atmosfere drugim kemijskim reakcijama). Kao rezultat ovog lanca transformacija, ozon počinje nestajati iz atmosfere iznad Antarktike, stvarajući ozonsku rupu. Međutim, uskoro, sa zagrijavanjem, antarktički vrtlozi kolabiraju, svježi zrak (koji sadrži novi ozon) nahrupi u to područje i rupa nestaje.

Godine 1987., međunarodna konferencija, usredotočio se na prijetnju ozonskom omotaču, a industrijalizirane su se zemlje složile smanjiti i na kraju zaustaviti proizvodnju klorirani i fluorirani ugljikovodici (klorofluorougljikovodici, CFC) - kemikalije koje uništavaju ozonski omotač. Do 1992. godine zamjena tih tvari sigurnima bila je toliko uspješna da je donesena odluka da se do 1996. potpuno unište. Danas znanstvenici vjeruju da će se za pedesetak godina ozonski omotač potpuno obnoviti.