Tudja, mi az, milyen gázok hatnak, és mikor kell az ózonrétegnek regenerálódnia

Mi az ózonréteg? Ez nagyon fontos kérdés mindazok számára, akik foglalkoznak a Föld bolygó és következésképpen a miénk egészségével. De ahhoz, hogy először válaszoljon rá, meg kell értenie, hogyan működnek a légkör egyes alapvető folyamatai.

A kémia és a levegőszennyezés egyik fő környezeti problémája az ózonréteg kimerülése (vagy lebomlása). Biztosan hallott erről a témáról. Az ózonréteg, amint a neve is mutatja, a Föld légkörének olyan rétege, amelyben nagy az ózonkoncentráció (O3). A legnagyobb koncentráció a sztratoszférában található, körülbelül 20-25 km-re a Föld felszínétől. Ezeknek a koncentrációknak a csúcsa magas szélességeken (pólusokon) helyezkedik el, a legalacsonyabb pedig a trópusi régiókban fordul elő (bár az O3 termelés mértéke magasabb a trópusokon).

Amint azt az "Ózon: gazember vagy jófiú?" Cikkünkben már említettük, ez a gáz rendkívül fontos és nélkülözhetetlen lehet a Föld életéhez, valamint erősen mérgező szennyező anyag. Minden attól függ, hogy milyen légköri rétegben van. A troposzférában gazember. A sztratoszférában jó srác. Ebben a kérdésben a sztratoszférikus ózonról fogunk beszélni, rámutatva annak funkcióira, fontosságára, lebontásának módjára és annak megakadályozására.

Funkciók

A sztratoszférikus ózon (a jó srác) felelős a napsugárzás egyes hullámhosszakon történő szűréséért (elnyeli az összes ultraibolya B sugárzást, az úgynevezett UV-B és más típusú sugárzás egy részét), amely képes bizonyos típusú rákok kiváltására, mivel ezek egyike a legrosszabb a melanoma. Az a funkciója is, hogy melegen tartsa a Földet, megakadályozva a bolygó felszínén kibocsátott összes hő eloszlását.

Mi az ózonréteg?

Az ózonréteg, amint azt korábban említettük, olyan réteg, amely az O3 molekulák körülbelül 90% -át koncentrálja. Ez a réteg nélkülözhetetlen a földi élethez, mivel a B típusú ultraibolya napsugárzás szűrésével minden élőlényt megvéd. Az ózon a magasságától függően másképp viselkedik. 1930-ban egy Sydnei Chapman nevű angol fizikus négy lépés alapján írta le a sztratoszférikus ózon előállítási és lebomlási folyamatait: oxigénfotolízis; ózontermelés; ózonfogyasztás I; ózonfogyasztás II.

1. Oxigén fotolízis

A napsugárzás eléri az O2 molekulát, elválasztva annak két atomját. Vagyis ez az első szakasz két szabad oxigén (O) atomot eredményez termékként.

2. Ózontermelés

Ebben a lépésben a fotolízis során keletkező szabad oxigén (O) mindegyike reagál egy O2 molekulával, termékként ózonmolekulákat (O3) kapva. Ez a reakció egy atom vagy katalizátor molekula segítségével történik, amely olyan anyag, amely lehetővé teszi a reakció gyorsabb bekövetkezését, de anélkül, hogy aktívan cselekedne, és nem kötődne a reagensekhez (O és O2) vagy a termékhez (O3).

A 3. és 4. lépés bemutatja, hogy az ózon különféle módon lebontható:

3. Ózonfogyasztás I

A termelési szakaszban képződött ózont ezután a napsugárzás hatására ismét O és O2 molekulává bontják le (amikor 400 és 600 nanométer közötti hullámhosszúak vannak).

4. Ózonfogyasztás II

Az ózon (O3) lebomlásának másik módja a szabad oxigénatomokkal (O) való reakció. Ily módon mindezek az oxigénatomok rekombinálódnak, két oxigénmolekulát (O2) termelve.

De akkor, ha ózon termelődik és lebomlik, mi tartja fenn az ózonréteget? A kérdés megválaszolásához két fontos tényezőt kell figyelembe vennünk: a molekulák termelődésének / elpusztulásának sebességét (a termelés és elpusztítás sebességét), valamint átlagos élettartamukat (az az idő, amely egy vegyület koncentrációjának a kezdeti koncentráció).

A molekulák termelésének / pusztulásának sebességét illetően azt találtuk, hogy az 1. és 4. lépés lassabb, mint a folyamat 2. és 3. lépése. Mivel azonban minden az oxigén fotolízis szakaszában kezdődik (1. szakasz), azt mondhatjuk, hogy a keletkező ózon koncentrációja ettől függ. Ez megmagyarázza, miért csökken az O3 koncentráció 25 km feletti magasságban és alacsonyabb magasságokban; 25 km feletti magasságban az O2 koncentráció csökken. Az alacsonyabb légköri rétegekben hosszabb hullámhosszak uralkodnak, amelyek kevesebb energiával rendelkeznek az oxigénmolekulák lebontására, csökkentve a fotolízis sebességét.

E lépések nagy felfedezése ellenére, ha csak ezeket a rombolási folyamatokat vesszük figyelembe, akkor a valóságban megfigyeltnél kétszer magasabb O3-koncentráció-értékeket kapnánk. Ez nem történik meg, mert a bemutatott lépéseken túl vannak még az ózonréteget lebontó anyagok (SDO) által okozott természetellenes ózonréteg-lemerülési ciklusok is: olyan termékek, mint halon, szén-tetraklorid (CTC), hidrogén-klór-fluor-szénhidrogén (HCFC), klór-fluor-szénhidrogén (CFC) és metil-bromid (CH3Br). Amikor a légkörbe kerülnek, a sztratoszférába költöznek, ahol az UV-sugárzás lebontja őket, klórmentes atomokat szabadít fel, amelyek viszont megszakítják az ózonkötést, klór-monoxidot és oxigéngázt képezve. A képződött klór-monoxid ismét reagál az oxigénmentes atomokkal,több klóratom képződik, amely reakcióba lép az oxigénnel és így tovább. Becslések szerint minden klóratom körülbelül 100 ezer ózonmolekulát képes lebontani a sztratoszférában, és hasznos élettartama 75 év, de már elegendő kisülés történt ahhoz, hogy csaknem 100 évig reagáljon az ózonnal. A hidrogén-oxidokkal (HOx) és a nitrogén-oxidokkal (NOx) lejátszódó reakciók mellett, amelyek szintén sztratoszférikus O3-mal reagálnak, elpusztítva azt, hozzájárulva az ózonréteg lebomlásához.A hidrogén-oxidokkal (HOx) és a nitrogén-oxidokkal (NOx) lejátszódó reakciók mellett, amelyek szintén sztratoszférikus O3-mal reagálnak, elpusztítva azt, hozzájárulva az ózonréteg lebomlásához.A hidrogén-oxidokkal (HOx) és a nitrogén-oxidokkal (NOx) lejátszódó reakciók mellett, amelyek szintén sztratoszférikus O3-mal reagálnak, elpusztítva azt, hozzájárulva az ózonréteg lebomlásához.

Az alábbi grafikon az SDO-k fogyasztásának történetét mutatja Brazíliában:

Hol vannak az ózont lebontó anyagok és hogyan lehet ezeket elkerülni?

CFC-k

A klór-fluorozott szénhidrogének klór, fluor és szén által előállított szintetizált vegyületek, amelyeket számos folyamatban széles körben alkalmaztak - a főbbeket az alábbiakban soroljuk fel:

• CFC-11: poliuretán habok előállítására használják, mint habosító anyagot, aeroszolokban és gyógyszerekben hajtóanyagként, háztartási, kereskedelmi és ipari hűtésben folyadékként;
• CFC-12: minden olyan eljárásban alkalmazzák, amelyben a CFC-11-et alkalmazták, valamint etilén-oxiddal elegyben, sterilizálószerként;
• CFC-113: precíziós elektronikai elemekben, tisztító oldószerként használják;
• CFC-114: aeroszolokban és gyógyszerekben használják hajtóanyagként;
• CFC-115: folyadékként használatos kereskedelmi hűtésben.

Becslések szerint ezek a vegyületek körülbelül 15 000-szer károsabbak az ózonrétegre, mint a CO2 (szén-dioxid).

1985-ben 28 országban ratifikálták az ózonréteg védelméről szóló bécsi egyezményt. A CFC-k kutatásában, nyomon követésében és előállításában való együttműködés ígéreteivel az egyezmény bemutatta azt az elképzelést, hogy globális szinten szembe kell néznie egy környezeti problémával, mielőtt annak hatásait megéreznék vagy tudományosan bizonyítanák. Emiatt a bécsi egyezményt az elővigyázatosság elvének a legnagyobb nemzetközi tárgyalások során történő alkalmazásának egyik legnagyobb példájának tekintik.

1987-ben négy ország 150 tudósból álló csoportja az Antarktiszra ment és megerősítette, hogy a klór-monoxid koncentrációja körülbelül százszor magasabb volt ebben a régióban, mint bárhol másutt a bolygón. Majd ugyanezen év szeptember 16-án a montreali jegyzőkönyv megállapította a CFC-k fokozatos betiltásának szükségességét és azok cseréjét az ózonréteget nem káros gázokkal. Ennek a protokollnak köszönhetően szeptember 16-át az ózonréteg védelme világnapjának tekintik.

Az ózonréteg védelméről szóló bécsi egyezményt és a montreali jegyzőkönyvet 1990. március 19-én ratifikálták Brazíliában, és az országban ugyanazon év június 6-án hirdették ki a 99 280. sz.

Brazíliában a CFC-k használata 2010-ben teljesen leállt, amint az az alábbi grafikonon látható:

HCFC-k

A klórozott-fluorozott szénhidrogének mesterséges anyagok, amelyeket kezdetben kis mennyiségben importálnak Brazíliába. A CFC-k tilalma miatt azonban a használat egyre növekszik. A fő alkalmazások:

Gyártási szektor

• HCFC-22: légkondicionáló és habok hűtése;
• HCFC-123: tűzoltó készülékek;
• HCFC-141b: habok, oldószerek és aeroszolok;
• HCFC-142b: habok.

Szolgáltatási szektor

• HCFC-22: légkondicionáló hűtés;
• HCFC-123: hűtőgépek ( hűtők );
• HCFC-141b: elektromos áramkörök tisztítása;
• HCFC keverékek: légkondicionáló hűtőszekrények.

A Környezetvédelmi Minisztérium (MMA) szerint becslések szerint 2040-re Brazíliában megszűnik a HCFC-k fogyasztása. Az alábbi grafikon a HCFC-k használatának alakulását mutatja:

Metil-bromid

Ez egy halogénezett szerves vegyület, amely nyomás alatt cseppfolyósított gáz lehet, és természetes vagy szintetikus eredetű lehet. A metil-bromid rendkívül mérgező és halálos az élőlényekre. Széles körben használták a mezőgazdaságban és a tárolt áruk védelmében, valamint tartályok és malmok fertőtlenítésére.

Brazíliában az 1990-es évek közepe óta már be volt fagyasztva a metil-bromid importmennyisége, 2005-ben az ország 30% -kal csökkentette az importot.

Az alábbi táblázat a Brazília által a metil-bromid használatának kiküszöbölésére előírt ütemtervet mutatja:

Az MMA szerint a metil-bromid csak karantén- és szállítás előtti kezelésekre engedélyezett, amelyek csak az import és az export számára vannak fenntartva.

Az alábbiakban a grafikon a metil-bromid fogyasztásának történetét mutatja Brazíliában:

Halonok

A halonanyagot mesterségesen állítja elő és importálja Brazília. Brómból, klórból vagy fluorból és szénből áll. Ezt az anyagot széles körben alkalmazták minden típusú tűzoltó készülékben. A Montreali Jegyzőkönyv szerint 2002-ben megengedett lenne az 1995 és 1997 közötti brazil import átlagára utaló halon behozatala, amely 2005-ben 50% -kal csökkent, és 2010-ben az import teljesen tiltott lenne. A Conama 2000. december 14-i 267. sz. Határozata azonban tovább ment, megtiltotta az új halonok behozatalát 2001-től kezdődően, és csak regenerált halonok behozatalát engedélyezhette, mivel ezek nem részei a protokoll megszüntetésének ütemtervének.

A halon-1211-t és a halon-1301-et elsősorban a tengeri tűzvészek felszámolására használják, a légi navigációban, az olajhajókon és az olajkitermelő platformokon, a kulturális és művészeti gyűjteményekben, valamint az erőművekben és az atomerőművekben, a katonai. Ezekben az esetekben a tűz oltásának hatékonysága miatt megengedett a maradványok elhagyása és a rendszerek károsítása nélkül.

Az alábbi grafikon szerint Brazília már megszüntette a halonok fogyasztását.

Klór

A klór antropogén módon (emberi tevékenység révén) kerül a légkörbe, főleg CFC-k (klórfluor-szénhidrogének) alkalmazásával, amit fentebb már láthattunk. Gáznemű szintetikus vegyületek, amelyeket széles körben alkalmaznak a permetek gyártásában, valamint a régebbi hűtőszekrényekben és fagyasztókban.

Nitrogén-oxidok

Néhány természetes kibocsátó forrás mikrobiális átalakulás és elektromos kibocsátás a légkörben (sugarak). Ezeket antropogén források is előállítják. A fő a fosszilis üzemanyagok magas hőmérsékleten történő elégetése. Emiatt ezen gázok kibocsátása a troposzférában történik, amely a légkör rétege, ahol élünk, de a konvekciós mechanizmus révén könnyen eljutnak a sztratoszférába, amely aztán eljuthat az ózonrétegig, lebontva azt.

Az NO és NO2 kibocsátás elkerülésére szolgáló egyik módszer a katalizátorok használata. Az ipar és az autóipari katalizátorok feladata, hogy felgyorsítsák a kémiai reakciókat, amelyek a szennyező anyagokat az emberi egészségre és a környezetre kevésbé káros termékekké alakítják, mielőtt azok a légkörbe kerülnek.

Hidrogén-oxidok

A sztratoszférában a HOx fő forrása az ózon képződése az ózon fotolíziséből, amely gerjesztett oxigénatomokat termel, amelyek reagálnak a vízgőzökkel.

Ózonréteg lyuk

Kép: NASA

1985-ben kiderült, hogy szeptember és november között a sztratoszféra ózonjában jelentős, körülbelül 50% -os csökkenés következett be, ami megfelel a déli félteke tavaszi időszakának. A felelősséget a CFC-kből származó klór hatásának tulajdonították. Számos tanulmány jelezte, hogy a folyamat 1979 óta zajlik.

Az ózonréteg egyetlen lyuk az Antarktisz felett található - bárhol máshol az ózonréteg lassú és fokozatos csökkenése történt.

Az ózonréteg károsodásának visszafordulása azonban jelenleg a Montreali Jegyzőkönyvben elfogadott intézkedéseknek köszönhető, amint arról az ENSZ Fejlesztési Programja (UNDP) tájékoztatott. Az elvárás az, hogy 2050-re a réteg visszaálljon 1980 előtti szintre.

Kíváncsiság: miért csak a Déli-sarkon?

A csak az Antarktisz felett előforduló lyuk magyarázatát a Déli-sark különleges körülményei adhatják, például alacsony hőmérséklet és elszigetelt légköri keringési rendszerek.

A konvekciós áramok miatt a légtömegek szakadatlanul keringenek, az Antarktiszon azonban annak a ténynek a következtében, hogy rendkívül téles a tél, a légkeringés nem következik be, így a területre korlátozódó konvekciós körök keletkeznek, amelyeket poláris örvénynek vagy örvénynek nevezünk.

Lásd még az Országos Űrkutatási Intézet (Inpe) által készített rövid videót az ózonréteg CFC-k általi lebontásáról:

Original text

Contribute a better translation

---