lovesouthernsocial.com

Znajte šta je to, na koje gasove utiču i kada se ozonski omotač mora regenerisati

Šta je ozonski omotač? Ovo je veoma važno pitanje za svakoga ko se brine za zdravlje planete Zemlje, a samim tim i našeg. Ali da biste odgovorili na njega, prvo morate da razumete kako funkcionišu neki osnovni procesi u atmosferi.

Jedan od glavnih ekoloških problema povezanih sa hemijom i zagađenjem vazduha je oštećenje (ili degradacija) ozonskog omotača. Sigurno ste već čuli za ovu temu. Ozonski omotač, kao što mu ime govori, je sloj Zemljine atmosfere koji ima visoke koncentracije ozona (O3). Najveća koncentracija se nalazi u stratosferi, oko 20 km do 25 km od površine Zemlje. Ove koncentracije dostižu vrhunac na visokim geografskim širinama (polovima), a najniže se javljaju u tropskim regionima (iako je stopa proizvodnje O3 veća u tropskim krajevima).

Kao što je već navedeno u našem članku „Ozon: loš momak ili dobar momak?“, ovaj gas može biti i izuzetno važan i neophodan za život na Zemlji, kao veoma toksičan zagađivač. Sve zavisi od atmosferskog sloja u kome se nalazi. U troposferi, on je negativac. U stratosferi, dobar momak. U ovom članku ćemo govoriti o stratosferskom ozonu, ukazujući na njegove funkcije, važnost, kako je degradiran i kako sprečiti da se to nastavi.

Uloge

Stratosferski ozon (dobar momak) je odgovoran za filtriranje sunčevog zračenja na nekim talasnim dužinama (apsorbuje svo ultraljubičasto B zračenje, zvano UV-B i deo drugih vrsta zračenja) koje može da izazove određene vrste raka, što je najgore. melanoma. Takođe ima funkciju da održava toplotu Zemlje, sprečavajući da se sva toplota koja se emituje na površini planete rasprši.

Šta je ozonski omotač?

Ozonski omotač, kao što je ranije pomenuto, je sloj koji koncentriše oko 90% molekula O3. Ovaj sloj je neophodan za život na Zemlji, jer štiti sva živa bića filtrirajući ultraljubičasto sunčevo zračenje tipa B. Ozon se ponaša različito u zavisnosti od nadmorske visine. Godine 1930., engleski fizičar po imenu Sidnej Čepmen opisao je procese proizvodnje i degradacije stratosferskog ozona na osnovu četiri koraka: fotoliza kiseonika; proizvodnja ozona; potrošnja ozona I; potrošnja ozona II.

1. Fotoliza kiseonika

Sunčevo zračenje pogađa molekul O2, razdvajajući njegova dva atoma. Drugim rečima, ovaj prvi korak dobija dva slobodna atoma kiseonika (O) kao proizvod.

2. Proizvodnja ozona

U ovom koraku, svaki od slobodnih kiseonika (O) proizvedenih u fotolizi reaguje sa molekulom O2, dobijajući molekule ozona (O3) kao proizvod. Ova reakcija se odvija uz pomoć atoma ili molekula katalizatora, supstance koja omogućava da se reakcija odvija brže, ali bez aktivnog delovanja i bez vezivanja za reaktante (O i O2) ili za proizvod (O3).

Koraci 3 i 4 pokazuju kako se ozon može razgraditi na različite načine:

3. Potrošnja ozona I

Ozon koji nastaje u koraku proizvodnje se zatim ponovo razgrađuje u O i O2 molekul pod dejstvom sunčevog zračenja (u prisustvu talasnih dužina u rasponu od 400 nanometara do 600 nanometara).

4. Potrošnja ozona II

Drugi način na koji se ozon (O3) razgrađuje je reakcija sa slobodnim atomima kiseonika (O). Na ovaj način, svi ovi atomi kiseonika će se rekombinovati, stvarajući dva molekula kiseonika (O2) kao proizvod.

Ali onda, ako se ozon proizvodi i razgrađuje, šta održava ozonski omotač? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, moramo uzeti u obzir dva važna faktora: brzinu proizvodnje/razaranja molekula (brzinu kojom se oni proizvode i uništavaju) i njihov prosečan životni vek (vreme potrebno da se koncentracija bilo kog jedinjenja smanji na polovinu vašeg početnog koncentracija).

Što se tiče brzine proizvodnje/razaranja molekula, ustanovljeno je da su koraci 1 i 4 sporiji od koraka 2 i 3 procesa. Međutim, kako sve počinje u koraku fotolize kiseonika (korak 1), možemo reći da koncentracija ozona koja će se stvoriti zavisi od toga. Ovo onda objašnjava zašto koncentracija O3 opada na visinama iznad 25 km i na nižim visinama; na visinama iznad 25 km koncentracija O2 opada. U nižim atmosferskim slojevima preovlađuju duže talasne dužine, koje imaju manje energije za razbijanje molekula kiseonika, smanjujući njihovu brzinu fotolize.

Uprkos velikom otkriću ovih koraka, ako bismo razmatrali samo ove procese razaranja, dobili bismo vrednosti koncentracije O3 dvostruko veće od onih koje su uočene u stvarnosti. Ovo se ne dešava jer, pored prikazanih koraka, postoje i neprirodni ciklusi oštećenja ozona, uzrokovani supstancama koje oštećuju ozonski omotač (ODS): proizvodi kao što su halon, ugljen-tetrahlorid (CTC), hidrohlorofluorougljenik (HCFC), hlorofluorougljenik (CFC). ) i metil bromid (CH3Br). Kada se ispuste u atmosferu, kreću se u stratosferu, gde se razlažu UV zračenjem, oslobađajući slobodne atome hlora, koji zauzvrat prekidaju ozonsku vezu, formirajući hlor monoksid i gas kiseonika. Nastali hlor monoksid će ponovo reagovati sa slobodnim atomima kiseonika, formirajući više atoma hlora, koji će reagovati sa kiseonikom, itd. Procenjuje se da svaki atom hlora može da razgradi oko 100.000 molekula ozona u stratosferi i da ima rok trajanja od 75 godina, ali je već bilo dovoljno pražnjenja da reaguje skoro 100 godina sa ozonom. Pored reakcija sa oksidima vodonika (HOx) i oksidima azota (NOx), koji takođe reaguju sa stratosferskim O3, uništavajući ga, doprinoseći degradaciji ozonskog omotača.

Grafikon ispod prikazuje istoriju potrošnje ODS-a u Brazilu:

Gde su supstance koje oštećuju ozonski omotač i kako ih izbeći?

CFCs

Hlorofluorougljenici su sintetizovana jedinjenja formirana od hlora, fluora i ugljenika, koja se široko primenjuju u nekoliko procesa - glavni su navedeni u nastavku:

• CFC-11: koristi se u proizvodnji poliuretanske pene kao sredstvo za ekspanziju, u aerosolima i lekovima kao pogonsko gorivo, u kućnom, komercijalnom i industrijskom hlađenju kao tečnost;
• CFC-12: primenjuje se u svim procesima u kojima je korišćen CFC-11 i takođe se meša sa etilen oksidom kao sterilizatorom;
• CFC-113: koristi se u preciznim elektronskim elementima, kao što su rastvarači za čišćenje;
• CFC-114: koristi se u aerosolima i lekovima kao pogonsko gorivo;
• CFC-115: koristi se kao tečnost u komercijalnom hlađenju.

Procenjuje se da su ova jedinjenja oko 15 hiljada puta štetnija za ozonski omotač od CO2 (ugljen-dioksida).

1985. godine u 28 zemalja ratifikovana je Bečka konvencija o zaštiti ozonskog omotača. Uz obećanje saradnje u istraživanju, praćenju i proizvodnji CFC-a, konvencija je predstavila ideju suočavanja sa ekološkim problemom na globalnom nivou pre nego što se njegovi efekti osete ili naučno dokažu. Iz tog razloga, Bečka konvencija se smatra jednim od najvećih primera primene principa predostrožnosti u velikim međunarodnim pregovorima.

Godine 1987. grupa od 150 naučnika iz četiri zemlje otišla je na Antarktik i potvrdila da je koncentracija hlormonoksida u tom regionu oko sto puta veća nego bilo gde na planeti. Zatim je 16. septembra iste godine Montrealskim protokolom utvrđena potreba za postepenom zabranom CFC-a i njihovom zamenom gasovima koji nisu štetni za ozonski omotač. Zahvaljujući ovom protokolu, 16. septembar se smatra Svetskim danom zaštite ozonskog omotača.

Bečka konvencija o zaštiti ozonskog omotača i Montrealski protokol ratifikovani su u Brazilu 19. marta 1990. godine, a proglašeni su u zemlji 6. juna iste godine Uredbom br. 99.280.

U Brazilu je upotreba CFC-a potpuno ukinuta 2010. godine, kao što je prikazano u grafikonu ispod:

HCFCs

Hidrohlorofluorougljenici su veštačke supstance koje Brazil uvozi, u početku, u malim količinama. Međutim, zbog zabrane CFC-a, upotreba je u porastu. Glavne aplikacije su:

производни сектор

• HCFC-22: klimatizacija i hlađenje penom;
• HCFC-123: aparati za gašenje požara;
• HCFC-141b: pene, rastvarači i aerosoli;
• HCFC-142b: pene.

Услужни сектор

• HCFC-22: klima uređaj za hlađenje;
• HCFC-123: rashladne mašine (chillers);
• HCFC-141b: čišćenje električnih kola;
• HCFC mešavine: rashladni uređaji za klimatizaciju.

Prema Ministarstvu životne sredine (MMA), procenjuje se da će do 2040. godine u Brazilu biti eliminisana potrošnja HCFC-a. Grafikon ispod pokazuje evoluciju u upotrebi HCFC-a:

metil bromid

To je halogenisano organsko jedinjenje koje pod pritiskom predstavlja tečni gas, koji može imati prirodno ili sintetičko poreklo. Metil bromid je izuzetno toksičan i smrtonosan za živa bića. Imao je široku primenu u poljoprivredi iu zaštiti uskladištene robe i za dezinfekciju magacina i mlinova.

Brazil je već imao zamrznute uvozne količine metilbromida od sredine 1990. Godine 2005. zemlja je smanjila 30% uvoza.

Tabela ispod prikazuje raspored koji je odredio Brazil za eliminaciju upotrebe metil bromida:

Prema VMA, upotreba metil bromida je dozvoljena samo za karantin i tretmane pre otpreme rezervisane za uvoz i izvoz.

U nastavku, grafikon prikazuje istoriju potrošnje metil bromida u Brazilu:

Haloni

Supstanca halon se proizvodi veštački i uvozi iz Brazila. Sastoji se od broma, hlora ili fluora i ugljenika. Ova supstanca se široko koristi u aparatima za gašenje požara za sve vrste požara. Prema Montrealskom protokolu, 2002. bi bio dozvoljen uvoz halona koji se odnosi na prosečan brazilski uvoz između 1995. i 1997. godine, smanjenjem za 50% u 2005. godini, a 2010. godine uvoz bi bio potpuno zabranjen. Međutim, Rezolucija Koname br. 267 od 14. decembra 2000. otišla je dalje, zabranjujući uvoz novih halona iz 2001. godine, dozvoljavajući uvoz samo regenerisanih halona, ​​pošto oni nisu deo eliminacionog rasporeda protokola.

Halon-1211 i halon-1301 se uglavnom koriste u gašenju požara na moru, u vazdušnoj plovidbi, u tankerima i platformama za vađenje nafte, u kulturno-umetničkim zbirkama i u električnim i nuklearnim elektranama, pored njihove upotrebe. . U ovim slučajevima upotreba je dozvoljena zbog njene efikasnosti u gašenju požarnih mesta bez ostavljanja ostataka i bez oštećenja sistema.

Prema grafikonu ispod, Brazil je već eliminisao potrošnju halona.

hlor

Hlor se emituje u atmosferu na antropičan način (preko ljudske aktivnosti), uglavnom korišćenjem CFC (hlorofluorougljenika), što smo već videli iznad. To su gasovita sintetička jedinjenja, koja se široko koriste u proizvodnji sprejeva i u starijim frižiderima i zamrzivačima.

Азотни оксиди

Neki prirodni izvori emitovanja su mikrobne transformacije i električna pražnjenja u atmosferi (munja). Generišu ih i antropogeni izvori. Glavni je sagorevanje fosilnih goriva na visokim temperaturama. Iz tog razloga, emisija ovih gasova se dešava u troposferi, što je sloj atmosfere u kojoj živimo, ali se oni lako prenose u stratosferu kroz mehanizam konvekcije, a zatim mogu doći do ozonskog omotača, degradirajući ga.

Jedna od metoda za izbegavanje emisije NO i NO2 je upotreba katalizatora. Katalizatori u industriji i automobilima imaju funkciju da ubrzaju hemijske reakcije koje pretvaraju zagađivače u proizvode koji su manje štetni po zdravlje ljudi i životnu sredinu, pre nego što se ispuste u atmosferu.

vodonik oksidi

Glavni izvor HOx u stratosferi je formiranje OH fotolizom ozona, koji proizvodi pobuđene atome kiseonika, koji reaguju sa vodenim parama.

Ozonska rupa

Slika: NASA

Godine 1985. otkriveno je da je između septembra i novembra došlo do značajnog smanjenja stratosferskog ozona za oko 50%, što odgovara prolećnom periodu na južnoj hemisferi. Odgovornost je pripisana delovanju hlora iz CFC-a. Nekoliko studija je pokazalo da se proces odvijao od 1979. godine.

Jedina rupa u ozonskom omotaču nalazi se iznad Antarktika - na drugom mestu, ono što se dogodilo bilo je sporo i postepeno propadanje ozonskog omotača.

Međutim, postoji veliki trenutni trend preokretanja oštećenja ozonskog omotača, zbog mera usvojenih u Montrealskom protokolu, kako izveštava Program Ujedinjenih nacija za razvoj (UNDP). Očekuje se da će oko 2050. sloj biti vraćen na nivoe pre 1980. godine.

Zanimljivost: zašto samo na Južnom polu?

Objašnjenje rupe koja se pojavljuje samo iznad Antarktika može se dati posebnim uslovima na Južnom polu, kao što su niske temperature i izolovani sistemi atmosferske cirkulacije.

Zbog konvekcionih strujanja vazdušne mase kruže neprekidno, ali na Antarktiku, zbog izuzetno oštre zime, ne dolazi do cirkulacije vazduha, stvarajući konvekcijske krugove ograničene na područje, koji se nazivaju polarni vrtlog ili vrtlog.

Pogledajte i ovaj kratki video koji je napravio Nacionalni institut za svemirska istraživanja (Inpe) o degradaciji ozonskog omotača CFC-ima: