Знайте какво е това, какви са газовете, които въздействат и кога озоновият слой трябва да се регенерира

Какво представлява озоновият слой? Това е много важен въпрос за всеки, който се занимава със здравето на планетата Земя и, следователно, нашето. Но за да отговорите първо на него, трябва да разберете как работят някои основни процеси в атмосферата.

Един от основните екологични проблеми, свързани с химията и замърсяването на въздуха, е изчерпването (или разграждането) на озоновия слой. Сигурно сте чували за тази тема. Озоновият слой, както подсказва името, е слой от земната атмосфера, който има високи концентрации на озон (O3). Най-високата концентрация е разположена в стратосферата, на около 20 км до 25 км от земната повърхност. Пикът на тези концентрации се намира на високи географски ширини (полюси), а най-ниският се среща в тропическите региони (въпреки че скоростта на производство на O3 е по-висока в тропиците).

Както вече беше казано в статията ни „Озонът: злодей или добър човек?“, Този газ може да бъде както изключително важен, така и жизненоважен за живота на Земята, както и силно токсичен замърсител. Всичко зависи от атмосферния слой, в който се намира. В тропосферата той е злодей. В стратосферата добър човек. По този въпрос ще говорим за стратосферния озон, като посочим неговите функции, неговото значение, как е разграден и как да предотвратим това.

Функции

Стратосферният озон (добрият човек) е отговорен за филтрирането на слънчевата радиация на някои дължини на вълните (абсорбира цялата ултравиолетова B радиация, наречена UV-B и част от други видове радиация), способна да причини някои видове рак, като един от най-лошите е меланомът. Той също така има функцията да поддържа Земята топла, като предотвратява разсейването на цялата топлина, отделяна на повърхността на планетата.

Какво представлява озоновият слой?

Озоновият слой, както беше споменато по-рано, е слой, който концентрира около 90% от молекулите О3. Този слой е от съществено значение за живота на земята, тъй като предпазва всички живи същества чрез филтриране на ултравиолетовата слънчева радиация тип В. Озонът се държи по различен начин в зависимост от надморската височина, на която се намира. През 1930 г. английски физик на име Сидней Чапман описва процесите на производство и разграждане на стратосферния озон въз основа на четири стъпки: кислородна фотолиза; производство на озон; консумация на озон I; консумация на озон II.

1. Кислородна фотолиза

Слънчевата радиация удря молекула О2, разделяйки двата й атома. Тоест, този първи етап получава два свободни атома кислород (О) като продукт.

2. Производство на озон

В този етап всеки от свободния кислород (О), произведен при фотолизата, реагира с молекула О2, получавайки озонови молекули (О3) като продукт. Тази реакция протича с помощта на атом или молекула на катализатор, вещество, което позволява реакцията да протече по-бързо, но без да действа активно и без да се свързва с реагентите (О и О2) или продукта (О3).

Стъпки 3 и 4 демонстрират как озонът може да се разгражда по различни начини:

3. Консумация на озон I

След това озонът, образуван в производствения етап, отново се разгражда в молекула О и О2 чрез действието на слънчевата радиация (когато е в присъствието на дължини на вълните от 400 нанометра до 600 нанометра).

4. Консумация на озон II

Друг начин за разграждане на озона (O3) е чрез взаимодействие със свободни кислородни атоми (O). По този начин всички тези кислородни атоми ще се рекомбинират, генерирайки две кислородни молекули (O2) като продукт.

Но тогава, ако озонът се произвежда и разгражда, какво поддържа озоновия слой? За да отговорим на този въпрос, трябва да вземем предвид два важни фактора: скоростта на производство / разрушаване на молекулите (скоростта, с която те се произвеждат и унищожават) и техния среден живот (време, необходимо за намаляване на концентрацията на дадено съединение до половината от първоначална концентрация).

По отношение на скоростта на производство / разрушаване на молекулите беше установено, че стъпки 1 и 4 са по-бавни от стъпки 2 и 3 от процеса. Тъй като обаче всичко започва на етапа на кислородна фотолиза (етап 1), можем да кажем, че концентрацията на озон, който ще се генерира, зависи от него. Това обяснява защо концентрацията на O3 намалява на височини над 25 km и на по-ниски височини; на височини над 25 км, концентрацията на O2 намалява. В по-ниските атмосферни слоеве преобладават по-дългите вълни, които имат по-малко енергия за разграждане на кислородните молекули, намалявайки скоростта на тяхната фотолиза.

Въпреки голямото откритие на тези стъпки, ако разглеждахме само тези процеси на разрушаване, щяхме да получим стойности на концентрацията на O3 два пъти по-високи от наблюдаваните в действителност. Това не се случва, тъй като освен демонстрираните стъпки има и неестествени цикли на разрушаване на озона, причинени от озоноразрушаващи вещества (SDO): продукти като халон, тетрахлорметан (CTC), хидрохлорфлуоровъглерод (HCFC), хлорофлуоровъглерод (CFC) и метилбромид (CH3Br). Когато се освободят в атмосферата, те се придвижват към стратосферата, където се разлагат с ултравиолетово лъчение, освобождавайки безхлорни атоми, които от своя страна нарушават озоновата връзка, образувайки хлорен моноксид и кислороден газ. Образуваният хлорен монооксид ще реагира отново с безкислородните атоми,образувайки повече хлорни атоми, които ще реагират с кислород и т.н. Смята се, че всеки хлорен атом може да разложи около 100 хиляди озонови молекули в стратосферата и има полезен живот 75 години, но вече има достатъчно изхвърляне, за да реагира в продължение на почти 100 години с озон. В допълнение към реакции с водородни оксиди (HOx) и азотни оксиди (NOx), които също реагират със стратосферния O3, унищожавайки го, допринасяйки за разграждането на озоновия слой.В допълнение към реакции с водородни оксиди (HOx) и азотни оксиди (NOx), които също реагират със стратосферния O3, унищожавайки го, допринасяйки за разграждането на озоновия слой.В допълнение към реакции с водородни оксиди (HOx) и азотни оксиди (NOx), които също реагират със стратосферния O3, унищожавайки го, допринасяйки за разграждането на озоновия слой.

Графиката по-долу показва историята на потреблението на SDO в Бразилия:

Къде са веществата, разрушаващи озона, и как да ги избегнем?

CFC

Хлорфлуорвъглеводородите са синтезирани съединения, образувани от хлор, флуор и въглерод, които са широко приложени в няколко процеса - основните са изброени по-долу:

• CFC-11: използва се при производството на полиуретанови пяни като разширяващ агент, в аерозоли и лекарства като гориво, в битови, търговски и промишлени хладилни инсталации като течност;
• CFC-12: прилага се във всички процеси, при които се използва CFC-11, а също и в смес с етиленов оксид, като стерилизатор;
• CFC-113: използва се в прецизни елементи в електрониката, като разтворители за почистване;
• CFC-114: използва се в аерозоли и лекарства като гориво;
• CFC-115: използва се като течност в търговско охлаждане.

Счита се, че тези съединения са около 15 000 пъти по-вредни за озоновия слой от CO2 (въглероден диоксид).

През 1985 г. Виенската конвенция за защита на озоновия слой е ратифицирана в 28 държави. С обещания за сътрудничество в научните изследвания, мониторинга и производството на фреони, конвенцията представи идеята за изправяне пред екологичен проблем на глобално ниво, преди ефектите му да бъдат усетени или научно доказани. Поради тази причина Виенската конвенция се счита за един от най-големите примери за прилагане на принципа на предпазливостта при големи международни преговори.

През 1987 г. група от 150 учени от четири страни заминава за Антарктида и потвърждава, че концентрацията на хлорен монооксид е около сто пъти по-висока в този регион, отколкото където и да е другаде на планетата. След това, на 16 септември същата година, Монреалският протокол установява необходимостта от постепенна забрана на CFC и тяхното заместване с газове, които не са вредни за озоновия слой. Благодарение на този протокол 16 септември се счита за Световен ден за защита на озоновия слой.

Виенската конвенция за защита на озоновия слой и Монреалският протокол са ратифицирани в Бразилия на 19 март 1990 г., като са обнародвани в страната на 6 юни същата година с Указ № 99 280.

В Бразилия използването на CFC беше напълно спряно през 2010 г., както е показано на графиката по-долу:

HCFC

Хидрохлорфлуорвъглеводородите са изкуствени вещества, внесени в Бразилия, първоначално в малки количества. Въпреки това, поради забраната за CFC, употребата нараства. Основните приложения са:

Производствен сектор

• HCFC-22: охлаждане на климатик и пяна;
• HCFC-123: пожарогасители;
• HCFC-141b: пени, разтворители и аерозоли;
• HCFC-142b: пяна.

Сектор на услугите

• HCFC-22: охлаждане на климатик;
• HCFC-123: хладилни машини ( чилъри );
• HCFC-141b: почистване на електрически вериги;
• HCFC смеси: хладилници за климатизация.

Според Министерството на околната среда (MMA) се очаква, че до 2040 г. потреблението на HCFC ще бъде премахнато в Бразилия. Графиката по-долу показва развитието в използването на HCFC:

Метилбромид

Това е халогенирано органично съединение, което под налягане е втечнен газ и може да има естествен или синтетичен произход. Метилбромидът е изключително токсичен и смъртоносен за живите същества. Той е широко използван в селското стопанство и за защита на складирани стоки и за дезинфекция на находища и мелници.

Количествата на метилбромид в Бразилия са замразени от средата на 90-те години. През 2005 г. страната е намалила вноса с 30%.

Таблицата по-долу показва графика, предвиден от Бразилия за премахване на употребата на метилбромид:

Според MMA употребата на метилбромид е разрешена само за карантина и обработка преди изпращане, запазени за внос и износ.

По-долу графиката показва историята на потреблението на метилбромид в Бразилия:

Халони

Веществото халон е изкуствено произведено и внесено от Бразилия. Състои се от бром, хлор или флуор и въглерод. Това вещество беше широко използвано в пожарогасителите за всички видове пожари. Съгласно Монреалския протокол през 2002 г. ще бъде разрешен вносът на халон, отнасящ се до средната стойност на бразилския внос между 1995 и 1997 г., намалявайки с 50% през 2005 г., а през 2010 г. вносът ще бъде напълно забранен. Резолюция № 267 на Конама от 14 декември 2000 г. обаче продължи, забранявайки вноса на нови халони от 2001 г. нататък, като им беше позволено да внасят само регенерирани халони, тъй като те не са част от графика за елиминиране на протокола.

Halon-1211 и halon-1301 се използват главно за ликвидиране на морски пожари, в аеронавигацията, на нефтени кораби и платформи за добив на нефт, в културни и художествени колекции и в енергийни и атомни електроцентрали, в допълнение към използването на военни. В тези случаи е разрешено използването поради неговата ефективност при гасене на пожари, без да остават остатъци и без да се повредят системите.

Според графиката по-долу Бразилия вече елиминира консумацията на халони.

Хлор

Хлорът се излъчва в атмосферата по антропогенен начин (чрез човешка дейност), главно чрез използването на CFC (хлорофлуорвъглеводороди), които вече видяхме по-горе. Те са газообразни синтетични съединения, широко използвани при производството на спрейове и в по-стари хладилници и фризери.

Азотни оксиди

Някои естествени източници на излъчване са микробни трансформации и електрически разряди в атмосферата (лъчи). Те също се генерират от антропогенни източници. Основната е изгарянето на изкопаеми горива при високи температури. Поради тази причина излъчването на тези газове се случва в тропосферата, която е слоят на атмосферата, където живеем, но те лесно се пренасят в стратосферата чрез конвекционния механизъм, който след това може да достигне озоновия слой, разграждайки го.

Един от методите за избягване на емисии на NO и NO2 е използването на катализатори. Катализаторите в промишлеността и автомобилите имат функцията да ускоряват химичните реакции, които превръщат замърсителите в продукти, които са по-малко вредни за човешкото здраве и околната среда, преди да бъдат изпуснати в атмосферата.

Водородни оксиди

Основният източник на HOx в стратосферата е образуването на OH от фотолизата на озона, който произвежда възбудени кислородни атоми, които реагират с водни пари.

Дупка в озоновия слой

Изображение: НАСА

През 1985 г. беше установено, че е имало значително намаляване с около 50% в стратосферния озон между септември и ноември, което съответства на пролетния период в южното полукълбо. Отговорността се дължи на действието на хлор от фреони. Няколко проучвания показват, че процесът се провежда от 1979 г. насам.

Единствената дупка в озоновия слой е разположена над Антарктида - навсякъде другаде се случи бавното и постепенно намаляване на озоновия слой.

Съществува обаче голяма настояща тенденция за обръщане на щетите върху озоновия слой поради мерките, приети в Протокола от Монреал, информирани от Програмата за развитие на ООН (ПРООН). Очаква се до 2050 г. слоят да бъде възстановен до нивата преди 1980 г.

Любопитство: защо само на Южния полюс?

Обяснението за дупката, срещаща се само над Антарктида, може да бъде дадено от специалните условия на Южния полюс, като ниски температури и изолирани системи за атмосферна циркулация.

Поради конвекционните течения въздушните маси циркулират непрекъснато, но в Антарктида поради факта, че зимата му е изключително тежка, циркулацията на въздуха не се получава, като се получават конвекционни кръгове, ограничени до зоната, които се наричат ​​полярен вихър или вихър.

Вижте също това кратко видео, създадено от Националния институт за космически изследвания (Inpe) за разграждането на озоновия слой от CFC:

Original text

Contribute a better translation

---