Ziniet, kas tas ir, kādas ir gāzes, kas ietekmē un kad ozona slānim vajadzētu atjaunoties

Kas ir ozona slānis? Tas ir ļoti svarīgs jautājums ikvienam, kurš rūpējas par planētas Zeme un līdz ar to arī mūsu veselību. Bet, lai vispirms uz to atbildētu, jums ir jāsaprot, kā darbojas daži pamata atmosfēras procesi.

Viena no galvenajām vides problēmām, kas saistīta ar ķīmiju un atmosfēras piesārņojumu, ir ozona slāņa noārdīšanās (vai noārdīšanās). Jūs noteikti esat dzirdējuši par to. Kā norāda nosaukums, ozona slānis ir Zemes atmosfēras slānis, kurā ir augsta ozona (O3) koncentrācija. Vislielākā koncentrācija atrodas stratosfērā, aptuveni 20–25 km attālumā no Zemes virsmas. Šīs koncentrācijas maksimums atrodas lielos platuma grādos (stabos), un viszemākais tas notiek tropu reģionos (lai gan tropu reģionos O3 ražošanas līmenis ir lielāks).

Kā jau tika teikts mūsu rakstā "Ozons: nelietis vai labs puisis?", Šī gāze var būt gan ārkārtīgi svarīga, gan būtiska dzīvībai uz Zemes, kā arī ļoti toksiska piesārņotāja. Viss ir atkarīgs no atmosfēras slāņa, kurā tas atrodas. Troposfērā viņš ir nelietis. Stratosfērā labs puisis. Šajā jautājumā mēs runāsim par stratosfēras ozonu, norādot uz tā funkcijām, nozīmi, kā tas ir noārdījies un kā to novērst.

Funkcijas

Stratosfēras ozons (labais puisis) ir atbildīgs par saules starojuma filtrēšanu dažos viļņu garumos (tas absorbē visu ultravioleto B starojumu, ko sauc par UV-B un daļu no cita veida starojuma), kas var izraisīt noteiktus vēža veidus, kas ir sliktākā ir melanoma. Tam ir arī Zemes siltuma uzturēšanas funkcija, novēršot visa planētas virsmas izstarotā siltuma izkliedi.

Kas ir ozona slānis?

Ozona slānis, kā minēts iepriekš, ir slānis, kas koncentrē apmēram 90% O3 molekulu. Šis slānis ir būtisks dzīvībai uz zemes, jo aizsargā visas dzīvās būtnes, filtrējot B tipa ultravioleto saules starojumu. Ozons izturas atšķirīgi atkarībā no augstuma, kurā tas atrodas. 1930. gadā angļu fiziķis Sidnejs Čepmens aprakstīja stratosfēras ozona ražošanas un noārdīšanās procesus, pamatojoties uz četriem posmiem: skābekļa fotolīze; ozona ražošana; ozona patēriņš I; ozona patēriņš II.

1. Skābekļa fotolīze

Saules starojums sasniedz O2 molekulu, atdalot abus tās atomus. Citiem vārdiem sakot, šis pirmais posms iegūst divus brīvā skābekļa (O) atomus kā produktu.

2. Ozona ražošana

Šajā posmā katrs no fotolīzē radītajiem brīvajiem skābekļiem (O) reaģē ar O2 molekulu, iegūstot ozona molekulas (O3) kā produktu. Šī reakcija notiek ar atoma vai katalizatora molekulas palīdzību - vielu, kas ļauj reakcijai notikt ātrāk, bet nedarbojoties aktīvi un nesaistoties ar reaģentiem (O un O2) vai produktu (O3).

3. un 4. solis parāda, kā ozonu var noārdīt dažādos veidos:

3. Ozona patēriņš I

Ražošanas stadijā izveidojies ozons pēc saules starojuma iedarbības (sadalot viļņu garumus no 400 līdz 600 nanometriem) atkal noārdās par O un O2 molekulu.

4. Ozona patēriņš II

Vēl viens ozona (O3) noārdīšanās veids ir reakcija ar brīvajiem skābekļa atomiem (O). Tādā veidā visi šie skābekļa atomi tiks rekombinēti, kā produkts veidojot divas skābekļa molekulas (O2).

Bet tad, ja ozons rodas un noārdās, kas uztur ozona slāni? Lai atbildētu uz šo jautājumu, mums jāņem vērā divi svarīgi faktori: molekulu ražošanas / iznīcināšanas ātrums (ātrums, ar kādu tās tiek ražotas un iznīcinātas), un to vidējais kalpošanas laiks (laiks, kas vajadzīgs, lai dažu savienojumu koncentrāciju samazinātu uz pusi no sākotnējā koncentrācija).

Attiecībā uz molekulu ražošanas / iznīcināšanas ātrumu tika atklāts, ka 1. un 4. posms ir lēnāks nekā procesa 2. un 3. posms. Tomēr, tā kā viss sākas ar skābekļa fotolīzes stadiju (1. posms), mēs varam teikt, ka no tā ir atkarīga radītā ozona koncentrācija. Tas izskaidro, kāpēc O3 koncentrācija samazinās augstumā, kas pārsniedz 25 km, un mazākā augstumā; augstumā virs 25 km O2 koncentrācija samazinās. Zemākajos atmosfēras slāņos dominē garāki viļņu garumi, kuriem ir mazāk enerģijas skābekļa molekulu sadalīšanai, samazinot to fotolīzes ātrumu.

Neskatoties uz šo darbību lielo atklājumu, ja mēs apsvērtu tikai šos iznīcināšanas procesus, mēs iegūtu divas reizes augstākas O3 koncentrācijas vērtības nekā patiesībā novērotās. Tas nenotiek, jo papildus parādītajām darbībām pastāv arī nedabiski ozona slāņa noārdīšanās cikli, ko izraisa ozona slāni noārdošās vielas (SDO): tādi produkti kā halons, tetrahlorogleklis (CTC), daļēji halogenēts hlorfluorogļūdeņradis (HCFC), hlorfluorogļūdeņradis (CFC) un metilbromīds (CH3Br). Izlaižoties atmosfērā, viņi pāriet uz stratosfēru, kur tos noārda UV starojums, atbrīvojot atomus, kas nesatur hloru, kas savukārt pārtrauc ozona saiti, veidojot hlora monoksīdu un skābekļa gāzi. Izveidotais hlora monoksīds atkal reaģēs ar atomiem, kas nesatur skābekli,veidojot vairāk hlora atomu, kas reaģēs ar skābekli utt. Tiek lēsts, ka katrs hlora atoms stratosfērā var sadalīt aptuveni 100 tūkstošus ozona molekulu un tā lietderīgās lietošanas laiks ir 75 gadi, taču izlādes jau ir bijis pietiekams, lai gandrīz 100 gadus reaģētu ar ozonu. Papildus reakcijām ar ūdeņraža oksīdiem (HOx) un slāpekļa oksīdiem (NOx), kas reaģē arī ar stratosfēras O3, to iznīcinot, veicinot ozona slāņa noārdīšanos.Papildus reakcijām ar ūdeņraža oksīdiem (HOx) un slāpekļa oksīdiem (NOx), kas reaģē arī ar stratosfēras O3, to iznīcinot, veicinot ozona slāņa noārdīšanos.Papildus reakcijām ar ūdeņraža oksīdiem (HOx) un slāpekļa oksīdiem (NOx), kas reaģē arī ar stratosfēras O3, to iznīcinot, veicinot ozona slāņa noārdīšanos.

Zemāk redzamajā grafikā parādīta SDO patēriņa vēsture Brazīlijā:

Kur ir ozonu noārdošās vielas un kā no tām izvairīties?

CFC

Hlorfluorogļūdeņraži ir sintezēti savienojumi, ko veido hlors, fluors un ogleklis un kuri ir plaši izmantoti vairākos procesos - galvenie no tiem ir uzskaitīti zemāk:

• CFC-11: izmanto poliuretāna putu ražošanā kā izplešanās līdzekli, aerosolos un medikamentos kā propelentu, sadzīves, komerciālās un rūpnieciskās dzesēšanas šķidrumos;
• CFC-12: lieto visos procesos, kuros tika izmantots CFC-11, kā arī kā sterilizatoru maisījumā ar etilēna oksīdu;
• CFC-113: izmanto precīzijas elektronikas elementos kā tīrīšanas šķīdinātājus;
• CFC-114: lieto aerosolos un zālēs kā propelents;
• CFC-115: izmanto kā šķidrumu komerciālā dzesēšanā.

Tiek lēsts, ka šie savienojumi ir aptuveni 15 000 reižu kaitīgāki ozona slānim nekā CO2 (oglekļa dioksīds).

1985. gadā Vīnes konvencija par ozona slāņa aizsardzību tika ratificēta 28 valstīs. Dodot solījumus sadarboties CFC pētniecībā, uzraudzībā un ražošanā, konvencija iepazīstināja ar ideju par vides problēmas risināšanu globālā līmenī, pirms tās ietekme bija jūtama vai zinātniski pierādīta. Šī iemesla dēļ Vīnes konvencija tiek uzskatīta par vienu no lielākajiem piesardzības principa piemērošanas piemēriem lielās starptautiskās sarunās.

1987. gadā 150 zinātnieku grupa no četrām valstīm devās uz Antarktīdu un apstiprināja, ka hlora monoksīda koncentrācija šajā reģionā bija aptuveni simts reizes lielāka nekā jebkur citur uz planētas. Tad tā paša gada 16. septembrī Monreālas protokols noteica nepieciešamību pakāpeniski aizliegt CFC un aizstāt tos ar gāzēm, kas nekaitēja ozona slānim. Pateicoties šim protokolam, 16. septembris tiek uzskatīts par pasaules dienu ozona slāņa aizsardzībai.

Vīnes konvencija par ozona slāņa aizsardzību un Monreālas protokols tika ratificēti Brazīlijā 1990. gada 19. martā, un valstī tie tika izsludināti tā paša gada 6. jūnijā ar dekrētu Nr. 99 280.

Brazīlijā CFC lietošana 2010. gadā tika pilnībā pārtraukta, kā parādīts zemāk redzamajā diagrammā:

HCFC

Hlorfluorogļūdeņraži ir mākslīgas vielas, kuras sākotnēji ieved Brazīlijā nelielos daudzumos. Tomēr CFC aizlieguma dēļ to lietošana pieaug. Galvenās lietojumprogrammas ir:

Ražošanas nozare

• HCFC-22: gaisa kondicionēšana un putu dzesēšana;
• HCFC-123: ugunsdzēšamie aparāti;
• HCFC-141b: putas, šķīdinātāji un aerosoli;
• HCFC-142b: putas.

Pakalpojumu sektors

• HCFC-22: gaisa kondicionēšanas dzesēšana;
• HCFC-123: dzesēšanas mašīnas ( dzesētāji );
• HCFC-141b: elektrisko ķēžu tīrīšana;
• HCFC maisījumi: gaisa kondicionēšanas ledusskapji.

Saskaņā ar Vides ministrijas (MMA) datiem tiek lēsts, ka līdz 2040. gadam Brazīlijā HCFC patēriņš tiks likvidēts. Zemāk redzamajā grafikā parādīta HCFC izmantošanas attīstība:

Metilbromīds

Tas ir halogenēts organiskais savienojums, kas zem spiediena ir sašķidrināta gāze, un tam var būt dabiska vai sintētiska izcelsme. Metilbromīds ir ārkārtīgi toksisks un letāls dzīvajām būtnēm. To plaši izmantoja lauksaimniecībā un uzglabāto preču aizsardzībā, kā arī cisternu un dzirnavu dezinfekcijai.

Brazīlijas metilbromīda importa daudzums jau ir iesaldēts kopš 90. gadu vidus, 2005. gadā valsts samazināja importu par 30%.

Turpmākajā tabulā parādīts grafiks, ko Brazīlija ir noteikusi metilbromīda lietošanas atcelšanai:

Saskaņā ar MMA, metilbromīdu atļauts izmantot tikai karantīnas un pirmsnosūtīšanas procedūrām, kas paredzētas importam un eksportam.

Zemāk diagrammā parādīta metilbromīda patēriņa vēsture Brazīlijā:

Haloni

Halonu vielu mākslīgi ražo un importē Brazīlija. Tas sastāv no broma, hlora vai fluora un oglekļa. Šo vielu plaši izmantoja visu veidu ugunsdzēsības aparātos. Saskaņā ar Monreālas protokolu 2002. gadā būtu atļauts halonu imports, atsaucoties uz Brazīlijas vidējo importa apjomu no 1995. līdz 1997. gadam, samazinot par 50% 2005. gadā, un 2010. gadā imports būtu pilnībā aizliegts. Tomēr Konamas 2000. gada 14. decembra Rezolūcija Nr. 267 aizgāja tālāk, aizliedzot jaunu halonu importu no 2001. gada, ļaujot importēt tikai reģenerētus halonus, jo tie nav daļa no protokola atcelšanas grafika.

Halonu-1211 un halonu-1301 galvenokārt izmanto jūras ugunsgrēku likvidēšanā, aeronavigācijā, uz naftas kuģiem un naftas ieguves platformām, kultūras un mākslas kolekcijās, kā arī elektrostacijās un atomelektrostacijās, papildus izmantošanai militārais. Šādos gadījumos lietošana ir atļauta, jo tā ir efektīva ugunsgrēku dzēšanā, neatstājot paliekas un nesabojājot sistēmas.

Saskaņā ar zemāk redzamo grafiku Brazīlija jau ir novērsusi halonu patēriņu.

Hlors

Hlors atmosfērā tiek izvadīts antropogēnā veidā (izmantojot cilvēka darbību), galvenokārt izmantojot CFC (hlorfluorogļūdeņražus), ko mēs jau redzējām iepriekš. Tie ir gāzveida sintētiskie savienojumi, kurus plaši izmanto aerosolu ražošanā, kā arī vecākos ledusskapjos un saldētavās.

Slāpekļa oksīdi

Daži dabiski izstarojošie avoti ir mikrobu transformācijas un elektriskās izplūdes atmosfērā (stari). Tos rada arī antropogēni avoti. Galvenais ir fosilā kurināmā sadedzināšana augstā temperatūrā. Šī iemesla dēļ šo gāzu emisija notiek troposfērā, kas ir atmosfēras slānis, kurā mēs dzīvojam, bet caur konvekcijas mehānismu tās viegli var nogādāt stratosfērā, kas pēc tam var sasniegt ozona slāni, to noārdot.

Viena no metodēm NO un NO2 emisiju novēršanai ir katalizatoru izmantošana. Rūpniecības un automobiļu katalizatoru funkcija ir paātrināt ķīmiskās reakcijas, kas piesārņotājus pārveido par produktiem, kas ir mazāk kaitīgi cilvēku veselībai un videi, pirms tie nonāk atmosfērā.

Ūdeņraža oksīdi

Galvenais HOx avots stratosfērā ir OH veidošanās no ozona fotolīzes, kas rada uzbudinātus skābekļa atomus, kas reaģē ar ūdens tvaikiem.

Ozona slāņa caurums

Attēls: NASA

1985. gadā tika konstatēts, ka no septembra līdz novembrim stratosfēras ozonā ievērojami samazinājās par aptuveni 50%, kas atbilst pavasara periodam dienvidu puslodē. Atbildība tika attiecināta uz hlora darbību no CFC. Vairāki pētījumi liecina, ka process ir noticis kopš 1979. gada.

Vienīgā caurums ozona slānī atrodas virs Antarktīdas - jebkur citur notika lēna un pakāpeniska ozona slāņa samazināšanās.

Tomēr pašlaik ir vērojama liela tendence, ka ozona slāņa bojājumi tiek novērsti, pateicoties Monreālas protokolā pieņemtajiem pasākumiem, kā informēja Apvienoto Nāciju Attīstības programma (UNDP). Paredzams, ka līdz 2050. gadam slānis tiks atjaunots līdz 1980. gada līmenim.

Zinātkāre: kāpēc tikai dienvidpolā?

Skaidrojumu par caurumu, kas notiek tikai virs Antarktīdas, var sniegt īpašie dienvidpola apstākļi, piemēram, zema temperatūra un izolētas atmosfēras cirkulācijas sistēmas.

Konvekcijas strāvu dēļ gaisa masas cirkulē nepārtraukti, bet Antarktīdā sakarā ar to, ka tā ziema ir ārkārtīgi smaga, gaisa cirkulācija nenotiek, radot konvekcijas apļus, kas ierobežoti apgabalā, kurus sauc par polāro virpuļu vai virpuļu.

Skatiet arī šo īso video, ko izveidojis Nacionālais kosmosa pētījumu institūts (Inpe) par ozona slāņa noārdīšanos ar CFC:

Original text

Contribute a better translation

---