Tiedä mikä se on, mitkä kaasut vaikuttavat ja milloin otsonikerroksen tulisi uusiutua

Mikä on otsonikerros? Tämä on erittäin tärkeä kysymys kaikille, jotka ovat kiinnostuneita maapallon ja siten myös meidän planeettamme terveydestä. Mutta vastaamiseksi ensin sinun on ymmärrettävä, miten jotkut ilmakehän perusprosessit toimivat.

Yksi tärkeimmistä kemian ja ilmansaasteiden ympäristöongelmista on otsonikerroksen heikentyminen (tai hajoaminen). Olet varmasti kuullut tästä. Otsonikerros, kuten nimestä voi päätellä, on maapallon ilmakehän kerros, jolla on suuria otsonipitoisuuksia (O3). Suurin pitoisuus on stratosfäärissä, noin 20-25 km: n päässä maapallon pinnasta. Näiden pitoisuuksien huippu sijaitsee korkeilla leveysasteilla (pylväät) ja pienin esiintyy trooppisilla alueilla (vaikka O3: n tuotanto on korkeampi tropiikissa).

Kuten artikkelissamme "Otsoni: roisto tai hyvä kaveri?" On jo sanottu, tämä kaasu voi olla sekä erittäin tärkeä ja välttämätön elämä maapallolla että erittäin myrkyllinen epäpuhtaus. Kaikki riippuu ilmakehän kerroksesta, jossa se on. Troposfäärissä hän on konna. Stratosfäärissä hyvä kaveri. Tässä asiassa puhumme stratosfäärin otsonista ja tuomme esiin sen toiminnot, merkityksen, sen hajoamisen ja estämisen.

Toiminnot

Stratosfäärin otsoni (hyvä kaveri) on vastuussa auringon säteilyn suodattamisesta joillakin aallonpituuksilla (absorboi kaiken ultravioletti B-säteilyn, jota kutsutaan UV-B: ksi ja osa muun tyyppistä säteilyä), joka voi aiheuttaa tietyntyyppisiä syöpiä, ollessaan yksi pahin on melanooma. Sen tehtävänä on myös pitää maapallo lämpimänä ja estää koko planeetan pinnalla säteilevä lämpö haihtumasta.

Mikä on otsonikerros?

Kuten aiemmin mainittiin, otsonikerros on kerros, joka konsentroi noin 90% O3-molekyyleistä. Tämä kerros on välttämätön elämälle maan päällä, koska se suojaa kaikkia eläviä olentoja suodattamalla tyypin B ultraviolettisäteilyä. Otsoni käyttäytyy eri tavalla sen korkeuden mukaan, jolla se on. Vuonna 1930 englantilainen fyysikko Sydnei Chapman kuvasi stratosfäärin otsonin tuotanto- ja hajoamisprosesseja neljän vaiheen perusteella: happifotolyysi; otsonin tuotanto; otsonin kulutus I; otsonin kulutus II.

1. Hapen fotolyysi

Aurinkosäteily saavuttaa O2-molekyylin, erottaen sen kaksi atomia. Eli tämä ensimmäinen vaihe saa aikaan kaksi vapaata happiatomia (O) tuotteena.

2. Otsonin tuotanto

Tässä vaiheessa kukin fotolyysissä tuotettu vapaa happi (O) reagoi O2-molekyylin kanssa saaden otsonimolekyylit (O3) tuotteena. Tämä reaktio tapahtuu atomin tai katalyyttimolekyylin avulla, aineen, joka antaa reaktion tapahtua nopeammin, mutta ei toimi aktiivisesti ja sitoutumatta reagensseihin (O ja O2) tai tuotteeseen (O3).

Vaiheet 3 ja 4 osoittavat, kuinka otsonia voidaan hajottaa eri tavoin:

3. Otsonin kulutus I

Tuotantovaiheessa muodostunut otsoni hajoaa sitten uudelleen O- ja O2-molekyyliksi aurinkosäteilyn vaikutuksesta (kun läsnä on aallonpituuksia, jotka vaihtelevat 400 nanometristä 600 nanometriin).

4. Otsonin kulutus II

Toinen tapa hajottaa otsonia (O3) on reagoida vapaiden happiatomien (O) kanssa. Tällä tavalla kaikki nämä happiatomit rekombinoituvat ja muodostavat kaksi happimolekyyliä (O2) tuotteena.

Mutta jos otsonia syntyy ja hajoaa, mikä ylläpitää otsonikerrosta? Tähän kysymykseen vastaamiseksi on otettava huomioon kaksi tärkeää tekijää: molekyylien tuotanto- / tuhoutumisnopeus (nopeus, jolla ne tuotetaan ja tuhoutuvat), ja niiden keskimääräinen käyttöikä (aika, joka tarvitaan jonkin yhdisteen pitoisuuden vähentämiseen puoleen alkupitoisuus).

Mitä tulee molekyylien tuotannon / tuhoutumisen nopeuteen, havaittiin, että vaiheet 1 ja 4 ovat hitaampia kuin prosessin vaiheet 2 ja 3. Koska kaikki alkaa kuitenkin happifotolyysivaiheesta (vaihe 1), voimme sanoa, että syntyvän otsonin pitoisuus riippuu siitä. Tämä selittää, miksi O3-pitoisuus pienenee yli 25 km: n korkeudessa ja matalilla korkeuksilla; yli 25 km: n korkeudessa O2-pitoisuus pienenee. Ala-ilmakehän kerroksissa vallitsevat pidemmät aallonpituudet, joilla on vähemmän energiaa happimolekyylien hajottamiseen, mikä vähentää niiden fotolyysinopeutta.

Huolimatta näiden vaiheiden suuresta löydöksestä, jos tarkastelemme vain näitä tuhoamisprosesseja, saisimme O3-pitoisuusarvot kaksi kertaa niin korkeat kuin todellisuudessa havaitut. Tätä ei tapahdu, koska osoitettujen vaiheiden lisäksi on myös otsonikerrosta heikentäviä aineita (SDO) aiheuttamat luonnotonta otsonin ehtymissykliä: tuotteet, kuten haloni, hiilitetrakloridi (CTC), kloorifluorihiilivety (HCFC), kloorifluorihiilivety (CFC) ja metyylibromidi (CH3Br). Kun ne päästetään ilmakehään, ne siirtyvät stratosfääriin, jossa ne hajoavat UV-säteilyllä vapauttaen kloorittomia atomeja, jotka puolestaan ​​rikkovat otsonisidoksen muodostaen kloorimonoksidia ja happikaasua. Muodostunut kloorimonoksidi reagoi jälleen hapettomien atomien kanssa,muodostuu enemmän klooriatomeja, jotka reagoivat hapen kanssa ja niin edelleen. On arvioitu, että jokainen klooriatomi voi hajottaa noin 100 tuhatta otsonimolekyyliä stratosfäärissä ja sen käyttöikä on 75 vuotta, mutta päästöjä on jo ollut tarpeeksi reagoimaan otsonin kanssa lähes 100 vuoden ajan. Reaktioiden lisäksi vetyoksidien (HOx) ja typpioksidien (NOx) kanssa, jotka reagoivat myös stratosfäärin O3: n kanssa, tuhoamalla sen, mikä osaltaan vaikuttaa otsonikerroksen hajoamiseen.Reaktioiden lisäksi vetyoksidien (HOx) ja typpioksidien (NOx) kanssa, jotka reagoivat myös stratosfäärin O3: n kanssa, tuhoamalla sen, mikä osaltaan edistää otsonikerroksen hajoamista.Reaktioiden lisäksi vetyoksidien (HOx) ja typpioksidien (NOx) kanssa, jotka reagoivat myös stratosfäärin O3: n kanssa, tuhoamalla sen, mikä osaltaan vaikuttaa otsonikerroksen hajoamiseen.

Alla oleva kaavio näyttää SDO: n kulutuksen historian Brasiliassa:

Missä otsonikerrosta heikentävät aineet ovat ja miten niitä voidaan välttää?

Freonit

Kloorifluorihiilivedyt ovat kloorin, fluorin ja hiilen muodostamia syntetisoituja yhdisteitä, joita on käytetty laajalti useissa prosesseissa - tärkeimmät on lueteltu alla:

• CFC-11: käytetään polyuretaanivaahtojen valmistuksessa paisunta-aineena, aerosoleissa ja lääkkeissä ponneaineena, kotitalous-, kauppa- ja teollisuusjäähdytyksessä nesteenä;
• CFC-12: käytetään kaikissa prosesseissa, joissa CFC-11: tä käytettiin, ja myös seoksena etyleenioksidin kanssa sterilointilaitteena;
• CFC-113: käytetään tarkkuuselektroniikan elementeissä liuottimina puhdistukseen;
• CFC-114: käytetään aerosoleissa ja lääkkeissä ponneaineena;
• CFC-115: käytetään nesteenä kaupallisessa jäähdytyksessä.

Näiden yhdisteiden arvioidaan olevan noin 15 000 kertaa vahingollisempia otsonikerrokselle kuin CO2 (hiilidioksidi).

Vuonna 1985 Wienin yleissopimus otsonikerroksen suojelemisesta ratifioitiin 28 maassa. Lupauksilla yhteistyöstä CFC-yhdisteiden tutkimuksessa, seurannassa ja tuotannossa valmistelukunta esitti ajatuksen ympäristöongelman kohtaamisesta globaalilla tasolla ennen kuin sen vaikutukset tuntuivat tai tieteellisesti todistettiin. Tästä syystä Wienin yleissopimusta pidetään yhtenä suurimmista esimerkeistä ennalta varautumisen periaatteen soveltamisesta suurissa kansainvälisissä neuvotteluissa.

Vuonna 1987 150 tutkijan ryhmä neljästä maasta meni Etelämantereelle ja vahvisti, että kloorimonoksidin pitoisuus oli tällä alueella noin sata kertaa suurempi kuin missään muualla planeetalla. Sitten saman vuoden 16. syyskuuta Montrealin pöytäkirjassa todettiin CFC-yhdisteiden asteittainen kieltäminen ja korvaaminen kaasuilla, jotka eivät ole haitallisia otsonikerrokselle. Tämän pöytäkirjan ansiosta 16. syyskuuta pidetään otsonikerroksen suojelun maailmanpäivänä.

Otsonikerroksen suojaamista koskeva Wienin yleissopimus ja Montrealin pöytäkirja ratifioitiin Brasiliassa 19. maaliskuuta 1990, ja ne julistettiin maassa saman vuoden 6. kesäkuuta.

Brasiliassa CFC-yhdisteiden käyttö lopetettiin kokonaan vuonna 2010, kuten alla olevasta kaaviosta käy ilmi:

HCFC: t

Kloorifluorihiilivedyt ovat keinotekoisia aineita, jotka tuodaan Brasiliaan aluksi pieninä määrinä. CFC-yhdisteiden käytön kieltämisen vuoksi käyttö on kuitenkin lisääntymässä. Tärkeimmät sovellukset ovat:

Tuotantosektori

• HCFC-22: ilmastointilaitteiden ja vaahtojen jäähdytys;
• HCFC-123: sammuttimet;
• HCFC-141b: vaahdot, liuottimet ja aerosolit;
• HCFC-142b: vaahdot.

Palvelusektori

• HCFC-22: ilmastointijäähdytys;
• HCFC-123: jäähdytyskoneet ( jäähdyttimet );
• HCFC-141b: sähköpiirien puhdistus;
• HCFC-seokset: ilmastointijääkaapit.

Ympäristöministeriön (MMA) mukaan HCFC-yhdisteiden kulutuksen arvioidaan poistuvan vuoteen 2040 mennessä Brasiliassa. Alla olevassa kaaviossa esitetään HCFC-yhdisteiden käytön kehitys:

Metyylibromidi

Se on halogenoitu orgaaninen yhdiste, joka paineessa on nesteytetty kaasu ja jolla voi olla luonnollinen tai synteettinen alkuperä. Metyylibromidi on erittäin myrkyllinen ja tappava eläville olennoille. Sitä käytettiin laajalti maataloudessa ja varastoitujen tavaroiden suojaamisessa sekä saostusten ja myllyjen desinfioinnissa.

Brasilian metyylibromidin tuontimäärät on jo jäädytetty 1990-luvun puolivälistä lähtien. Vuonna 2005 maa vähensi tuontia 30 prosenttia.

Seuraavassa taulukossa esitetään Brasilian asettama aikataulu metyylibromidin käytön lopettamiseksi:

MMA: n mukaan metyylibromidin käyttö on sallittua vain tuontia ja vientiä varten varattuihin karanteeni- ja lähetystä edeltäviin käsittelyihin.

Alla oleva kaavio näyttää metyylibromidin kulutuksen historian Brasiliassa:

Halonit

Haloniaine valmistetaan ja tuodaan keinotekoisesti Brasiliaan. Se koostuu bromista, kloorista tai fluorista ja hiilestä. Tätä ainetta käytettiin laajalti kaiken tyyppisissä sammuttimissa. Montrealin pöytäkirjan mukaan vuonna 2002 halonin tuonti Brasilian keskimääräisen tuonnin välillä vuosina 1995–1997 olisi sallittu, mikä vähentäisi 50 prosenttia vuonna 2005, ja vuonna 2010 tuonti olisi kokonaan kielletty. Conaman päätöslauselma nro 267, 14. joulukuuta 2000, meni kuitenkin pidemmälle, kieltäen uusien halonien maahantuonnin vuodesta 2001 eteenpäin, sallien tuoda vain regeneroituja haloneja, koska ne eivät kuulu pöytäkirjan poistamisaikatauluun.

Halon-1211: tä ja halon-1301: tä käytetään pääasiassa meripalojen torjunnassa, lennonvarmistuksessa, öljyaluksissa ja öljynporauslautoilla, kulttuuri- ja taiteellisissa kokoelmissa sekä voima- ja ydinvoimaloissa sekä sotilaallinen. Näissä tapauksissa käyttö on sallittua sen tehokkuuden vuoksi tulipalojen sammuttamisessa jättämättä jäämiä ja vahingoittamatta järjestelmiä.

Alla olevan kaavion mukaan Brasilia on jo eliminoinut halonien kulutuksen.

Kloori

Kloori päästetään ilmakehään antropogeenisesti (ihmisen toiminnan kautta), pääasiassa CFC-yhdisteiden (kloorifluorihiilivedyt) avulla, minkä olemme jo nähneet edellä. Ne ovat kaasumaisia ​​synteettisiä yhdisteitä, joita käytetään laajalti suihkeiden valmistuksessa sekä vanhemmissa jääkaapeissa ja pakastimissa.

Typpioksidit

Jotkut luonnolliset lähteet ovat mikrobimuunnoksia ja sähköisiä päästöjä ilmakehässä (säteet). Ne syntyvät myös antropogeenisista lähteistä. Tärkein niistä on fossiilisten polttoaineiden polttaminen korkeissa lämpötiloissa. Tästä syystä näiden kaasujen päästöjä tapahtuu troposfäärissä, joka on ilmakehän kerros, jossa elämme, mutta ne kulkeutuvat helposti stratosfääriin konvektiomekanismin kautta, joka sitten pääsee otsonikerrokseen hajottamalla sitä.

Yksi menetelmistä NO- ja NO2-päästöjen välttämiseksi on katalyyttien käyttö. Teollisuuden ja autojen katalyyttien tehtävänä on nopeuttaa kemiallisia reaktioita, jotka muuttavat epäpuhtaudet tuotteiksi, jotka ovat vähemmän haitallisia ihmisten terveydelle ja ympäristölle, ennen kuin ne päästetään ilmakehään.

Vetyoksidit

HOx: n päälähde stratosfäärissä on OH: n muodostuminen otsonin fotolyysistä, joka tuottaa virittyneitä happiatomeja, jotka reagoivat vesihöyryjen kanssa.

Otsonikerroksen reikä

Kuva: NASA

Vuonna 1985 havaittiin, että stratosfäärin otsonipitoisuus väheni merkittävästi, noin 50% syys- ja marraskuun välillä, mikä vastaa eteläisen pallonpuoliskon kevätkautta. Vastuu johtui CFC-yhdisteiden kloorin vaikutuksesta. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että prosessi on tapahtunut vuodesta 1979.

Ainoa aukko otsonikerroksessa sijaitsee Etelämantereen yläpuolella - muualla tapahtui otsonikerroksen hidas ja asteittainen lasku.

Otsonikerroksen vahinkojen kääntyminen on kuitenkin tällä hetkellä voimakasta Montrealin pöytäkirjassa vahvistettujen toimenpiteiden takia, kuten YK: n kehitysohjelma (UNDP) on ilmoittanut. Odotetaan, että vuoteen 2050 mennessä taso palautuu 1980 edeltävälle tasolle.

Uteliaisuus: miksi vain etelänavalla?

Selitys vain Etelämantereen yli tapahtuvalle reiälle voidaan antaa etelänavan erityisolosuhteista, kuten matalista lämpötiloista ja eristetyistä ilmakiertojärjestelmistä.

Konvektiovirtojen takia ilmamassat kiertävät keskeytyksettä, mutta Etelämantereella, koska sen talvi on erittäin ankara, ilmankiertoa ei tapahdu, mikä tuottaa alueelle rajoitettuja konvektiopiirejä, joita kutsutaan polaaripyörreiksi tai pyörteiksi.

Katso myös tämä National Institute for Space Researchin (Inpe) tuottama lyhyt video otsonikerroksen hajoamisesta CFC-yhdisteillä:

Original text

Contribute a better translation

---