|
StratosferaWiadomości podstawowe |
Chlorofluorowęglowodory (CFC) i dziura ozonowaHistoria powstawania dziury ozonowej jest dobrym przykładem na to jak pozornie nieszkodliwa grupa związków chemicznych może stać się prawdziwym zagrożeniem dla życia na Ziemi, a także na to jak rządy państw, przedstawiciele sektora przemysłowego i obywatele mogą współpracować aby zbadać i rozwiązać ten problem.
|
Każda zmiana wywołana przez człowieka w systemie klimatycznym może zakłócić naturalną równowagę ziemskiego ekosystemu w sposób trudny do przewidzenia. Jeśli jednak społeczność międzynarodowa będzie umiała odpowiednio pokierować swoimi działaniami to globalne problemy środowiskowe będzie można rozwiązać.
|
Wykorzystanie i właściwości CFCChlorofluorowęglowodory to związki takie jak np. CFCl3 lub CF2Cl2 (potocznie nazywane są freonami, choć to nazwa handlowa, nie chemiczna). CFC są używane w wielu procesach przemysłowych i w wielu produktach, jako substancja chłodząca, rozpuszczalnik w przemyśle elektronicznym, środek pieniący, rozpylający. Freony można znaleźć w gaśnicach, środkach do czyszczenia na sucho, środkach do usuwania tłuszczu, materiałach izolacyjnych (w tym budowlanych) i styropianie. |
|
Reakcje chemiczneOzon tworzący warstwę ozonową jest w stanie równowagi; tworzy się i jest niszczony pod wpływem promieniowania UV. Rodniki chloru (Cl) są katalizatorami, które biorąc udział w całym łańcuchu reakcji chemicznych doprowadzają do niszczenia ozonu. Są w tym bardzo wydajne ponieważ podczas tych reakcji nie ulegają zużyciu, lecz cyklicznie powracają.
|
|
Warunki pogodoweRozpad CFC prowadzi w kolejnych reakcjach do powstania rodników ClO , które reagują z dwutlenkiem azotu (NO2) i tworzą ClONO2. W przypadku reakcji z tlenkiem azotu (NO) i metanem tworzy się HCl, a z reakcji ClONO2 z HCl powstaje także kwas azotowy (HNO3). Nie będziemy omawiać wszystkich reakcji chemicznych szczegółowo, ale warto wiedzieć, że oba produkty (HCl i ClONO2) nie wchodzą w reakcje chemiczne z ozonem i są raczej stabilnymi związkami. Tylko w pewnych warunkach pogodowych powstają substancje, które ostatecznie niszczą warstwę ozonową. Około trzy lata intensywnych badań na brytyjskiej stacji badawczej Halley Bey na Antarktydzie, podjętych po odkryciu dziury ozonowej w 1985 r., pozwoliło zrozumieć te skomplikowane zależności.
|
|
1) Jednym z czynników jest niezwykle niska temperatura panująca w stratosferze, około -80°C lub nawet mniej, nad Antarktydą, w czasie nocy polarnej. W takich warunkach kwas azotowy i woda tworzą lodowe chmury stratosferyczne, które nie są w stanie przetrwać zbyt długo przy wyższych temperaturach. Na powierzchni tych chmur lodowych HCl i ClONO2 reagują ze sobą i tworzą kwas azotowy i czysty chlor Cl2.
|
Rodnik chloru Cl jest zatem odpowiedzialny za niszczenie warstwy ozonowej. Dzieje się to jednak dopiero wtedy gdy dostępne jest światło słoneczne, potrzebne do fotolizy, czyli w czasie antarktycznej wiosny. Z tego powodu obserwujemy dziurę ozonową każdego roku o tej samej porze, we wrześniu i październiku. Łańcuch reakcji trwa tak długo jak długo inne substancje biorące w nich udział, a znajdujące się w chmurach lodowych, są z nich uwalniane wskutek topnienia, a rodniki Cl nie są usuwane w innych reakcjach. |
|
|
3) Ostatecznie cały proces nie powinien przebiegać zbyt gwałtownie i nie powinien szkodzić tej części polarnej warstwy ozonowej, w której występuje najwyższe stężenie ozonu (wysokość 14-22 km), ponieważ związek źródłowy ClO tworzy się zwykle na wyższych wysokościach. Aby ClO mogły dotrzeć do niższych warstw stratosfery musi istnieć mechanizm ich przenoszenia. Ma to miejsce tylko w tzw. wirze okołobiegunowym. Panują tu specyficzne warunki meteorologiczne związane z wielkoskalowym krążeniem powietrza wokół bieguna południowego. Jak widzimy, warunki do tworzenia się dziury ozonowej (niskie temperatury w czasie nocy polarnej, tworzenie się chmur lodowych, wir okołobiegunowy) są tak szczególne, że proces ten prawdopodobnie nigdy nie zostałby objaśniony czy choćby przewidziany przez naukowców, gdyby nie jego rzeczywiste obserwacje. |
Przyszłość dziury ozonowejCFC są obecnie substancjami zabronionymi na świecie (dzięki protokołowi montrealskiemu dotyczącemu substancji niszczących ozon z 1987 wraz z późniejszymi poprawkami). Wskutek ich trwałości zajmie następne 50 lat zanim CFC dotychczas wprowadzone do atmosfery zostaną z niej usunięte a poziom zawartości ozonu stratosferycznego ustabilizuje się. Naukowcy uważają, że w roku 2000 dziura ozonowa osiągnęła swoje maksymalne rozmiary, gdyż w ciągu ostatnich kilku lat nie ulegały one znacznym zmianom. Jednakże od każdej reguły zdarzają się wyjątki. W roku 2002 wcale nie obserwowano znaczących ubytków ozonu. Powód był prosty: było zbyt ciepło i wir okołobiegunowy nie miał takiego zasięgu jak zwykle. Jeszcze raz przekonaliśmy się, że procesy atmosferyczne czasem wymykają się przewidywaniom. Natomiast w roku 2003 dziura ozonowa znowu dała o sobie znać, przyjmując poprzednie rozmiary, a nawet osiągając drugą co do wielkości notowaną wielkość. |
|
1. Recenzent: Dr Rajendra Shende, Head Energy and Ozone Action, United Nations Environment Programme 2003-10-06 2. Recenzent: Dr John Crowley - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy 2004-05-06 Konsultacja dydaktyczna: Hendrik Förster i jego uczniowie, Gimnazjum Nordpfalz Kirchheim-Bolanden - marzec 2004 r. Ostatnia aktualizacja: 2007-03-15 Tłumaczenie na język polski: Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków |
Polecane strony internetowe:http://www.unep.org/ozone/pdf/qa.pdfwww.unep.org/ozone/faq/shtml
|