Tea, mis see on, millised gaasid mõjutavad ja millal peaks osoonikiht taastuma

Mis on osoonikiht? See on väga oluline küsimus kõigile, kes on seotud planeedi Maa ja sellest tulenevalt ka meie tervisega. Kuid selleks, et sellele kõigepealt vastata, peate mõistma, kuidas atmosfääris toimivad mõned põhiprotsessid.

Keemia ja õhusaastega seotud üks peamisi keskkonnaprobleeme on osoonikihi kahanemine (või lagunemine). Kindlasti olete sellest teemast kuulnud. Osoonikiht, nagu nimigi ütleb, on Maa atmosfääri kiht, milles on kõrge osooni (O3) kontsentratsioon. Suurim kontsentratsioon on stratosfääris, umbes 20–25 km kaugusel Maa pinnast. Nende kontsentratsioonide tipp paikneb kõrgetel laiuskraadidel (poolustel) ja madalaim esineb troopilistes piirkondades (kuigi troopikas on O3 tootmise määr suurem).

Nagu on juba öeldud meie artiklis "Osoon: kaabakas või hea mees?", Võib see gaas olla Maal elamiseks nii ülitähtis ja hädavajalik kui ka väga mürgine saasteaine. Kõik sõltub atmosfääri kihist, milles see asub. Troposfääris on ta kaabakas. Stratosfääris hea tüüp. Selles küsimuses räägime stratosfääri osoonist, tuues välja selle funktsioonid, tähtsuse, selle lagunemise ja selle vältimise.

Funktsioonid

Stratosfääri osoon (hea mees) vastutab päikesekiirguse filtreerimise eest teatud lainepikkustel (see neelab kogu ultraviolett-B kiirgust, mida nimetatakse UV-B-ks ja osa muud tüüpi kiirgusest), mis on võimeline põhjustama teatud tüüpi vähki, olles halvim on melanoom. Samuti on selle ülesanne hoida Maa soojas, vältides kogu planeedi pinnal eralduva soojuse hajumist.

Mis on osoonikiht?

Nagu varem mainitud, on osoonikiht kiht, mis kontsentreerib umbes 90% O3 molekulidest. See kiht on eluks maa peal hädavajalik, kuna kaitseb kõiki elusolendeid filtreerides ultraviolettkiirguse päikesekiirgust B. Osoon käitub erinevalt selle kõrgusest, kus see asub. 1930. aastal kirjeldas inglise füüsik Sydnei Chapman stratosfääri osooni tootmise ja lagunemise protsesse nelja etapi põhjal: hapniku fotolüüs; osooni tootmine; osooni tarbimine I; osooni tarbimine II.

1. Hapniku fotolüüs

Päikesekiirgus jõuab O2 molekulini, eraldades selle kaks aatomit. See tähendab, et see esimene etapp saab produktina kaks vaba hapniku (O) aatomit.

2. Osooni tootmine

Selles etapis reageerib iga fotolüüsil tekkiv vaba hapnik (O) O2 molekuliga, saades produktina osoonimolekulid (O3). See reaktsioon toimub aatomi või katalüsaatori molekuli abil - aine abil, mis võimaldab reaktsioonil toimuda kiiremini, kuid ilma aktiivse toimimiseta ja reagentidega (O ja O2) või saadusega (O3) seondumata.

3. ja 4. etapis näidatakse, kuidas osooni saab mitmel viisil lagundada:

3. Osooni tarbimine I

Tootmisetapil tekkinud osoon laguneb seejärel päikesekiirguse toimel uuesti O ja O2 molekuliks (lainepikkuste olemasolul vahemikus 400 kuni 600 nanomeetrit).

4. Osooni tarbimine II

Teine viis osooni (O3) lagundamiseks on reageerimine vabade hapnikuaatomitega (O). Nii rekombineeruvad kõik need hapniku aatomid, tekitades produktina kaks hapniku molekuli (O2).

Kuid kui osooni tekib ja laguneb, siis mis hoiab osoonikihti? Sellele küsimusele vastamiseks peame arvestama kahe olulise teguriga: molekulide tootmise / hävitamise kiirus (nende tootmise ja hävitamise kiirus) ja nende keskmine eluiga (aeg, mis kulub mõne ühendi kontsentratsiooni vähendamiseks poolele algkontsentratsioon).

Mis puutub molekulide tootmise / hävitamise kiirusesse, siis leiti, et etapid 1 ja 4 on aeglasemad kui protsessi etapid 2 ja 3. Kuna aga kõik algab hapniku fotolüüsi staadiumist (1. etapp), võime öelda, et sellest sõltub tekkiva osooni kontsentratsioon. See seletab, miks O3 kontsentratsioon langeb üle 25 km ja madalamal; üle 25 km kõrgusel O2 kontsentratsioon väheneb. Madalamates atmosfäärikihtides domineerivad pikemad lainepikkused, millel on vähem energiat hapniku molekulide lagundamiseks, vähendades nende fotolüüsi kiirust.

Vaatamata nende sammude suurele avastamisele, kui kaaluda ainult neid hävitamisprotsesse, saaksime O3 kontsentratsiooni väärtused kaks korda kõrgemad kui tegelikkuses täheldatud. Seda ei juhtu, sest lisaks demonstreeritud toimingutele on ka osoonikihti kahandavate ainete (SDO) põhjustatud ebaloomulikud osooni kahanemise tsüklid: sellised tooted nagu haloon, süsiniktetrakloriid (CTC), klorofluorosüsivesinik (HCFC), klorofluorosüsinik (CFC) ja metüülbromiid (CH3Br). Atmosfääri sattudes liiguvad nad stratosfääri, kus nad UV-kiirguse toimel lagunevad, vabastades kloorivabad aatomid, mis omakorda lõhustavad osoonisideme, moodustades kloormonooksiidi ja hapnikugaasi. Moodustunud kloormonooksiid reageerib uuesti hapnikuvabade aatomitega,moodustades rohkem kloori aatomeid, mis reageerivad hapnikuga ja nii edasi. Hinnanguliselt võib iga kloori aatom stratosfääris lagundada umbes 100 tuhat osooni molekuli ja selle kasulik eluiga on 75 aastat, kuid heidet on olnud piisavalt, et peaaegu 100 aastat osooniga reageerida. Lisaks reaktsioonidele vesinikoksiidide (HOx) ja lämmastikoksiididega (NOx), mis reageerivad ka stratosfääri O3-ga, hävitades selle, aidates kaasa osoonikihi lagunemisele.Lisaks reaktsioonidele vesinikoksiidide (HOx) ja lämmastikoksiididega (NOx), mis reageerivad ka stratosfääri O3-ga, hävitades selle, aidates kaasa osoonikihi lagunemisele.Lisaks reaktsioonidele vesinikoksiidide (HOx) ja lämmastikoksiididega (NOx), mis reageerivad ka stratosfääri O3-ga, hävitades selle, aidates kaasa osoonikihi lagunemisele.

Allpool olev graafik näitab SDO tarbimise ajalugu Brasiilias:

Kus on osooni kahandavad ained ja kuidas neid vältida?

CFC-d

Klorofluorosüsivesinikud on kloori, fluori ja süsiniku abil sünteesitud ühendid, mida on laialdaselt kasutatud mitmes protsessis - peamised neist on loetletud allpool:

• CFC-11: kasutatakse polüuretaanvahtude valmistamiseks paisutusainena, aerosoolides ja ravimites propellendina, koduses, kaubanduslikus ja tööstuslikus jahutuses vedeliku kujul;
• CFC-12: kasutatakse kõigis protsessides, milles CFC-11 kasutati, ja ka segus etüleenoksiidiga steriliseerijana;
• CFC-113: kasutatakse täppiselektroonika elementides puhastusvahenditena;
• CFC-114: kasutatakse aerosoolides ja ravimites propellendina;
• CFC-115: kasutatakse vedelikuna kaubanduslikes külmutusseadmetes.

Hinnanguliselt on need ühendid osoonikihile umbes 15 000 korda kahjulikumad kui CO2 (süsinikdioksiid).

1985. aastal ratifitseeriti osoonikihi kaitse Viini konventsioon 28 riigis. Lubades teha koostööd freoonide uurimisel, seirel ja tootmisel, esitas konventsioon idee keskkonnaprobleemiga silmitsi seista ülemaailmsel tasandil enne, kui selle mõju oli tunda või teaduslikult tõestatud. Sel põhjusel peetakse Viini konventsiooni üheks suurimaks näiteks ettevaatuspõhimõtte rakendamisest suurtel rahvusvahelistel läbirääkimistel.

1987. aastal läks 150 riigi teadlasest koosnev rühm neljast riigist Antarktikasse ja kinnitas, et kloormonooksiidi kontsentratsioon oli selles piirkonnas umbes sada korda suurem kui mujal planeedil. Seejärel kehtestati Montreali protokollis sama aasta 16. septembril vajadus CFC-de järkjärgulise keelustamise ja osoonikihti mitte kahjustavate gaaside järele. Tänu sellele protokollile peetakse 16. septembrit ülemaailmseks osoonikihi kaitse päevaks.

Osoonikihi kaitse Viini konventsioon ja Montreali protokoll ratifitseeriti Brasiilias 19. märtsil 1990, mis kuulutati riigis välja sama aasta 6. juunil dekreediga nr 99 280.

Brasiilias lõpetati CFC-de kasutamine 2010. aastal täielikult, nagu on näidatud alloleval graafikul:

HCFC-d

Halogeenitud klorofluorosüsivesinikud on Brasiiliasse imporditud kunstlikud ained, esialgu väikestes kogustes. CFC-de keelu tõttu on kasutamine siiski tõusuteel. Peamised rakendused on:

Tootmissektor

• HCFC-22: kliimaseade ja vahtjahutus;
• HCFC-123: tulekustutid;
• HCFC-141b: vahud, lahustid ja aerosoolid;
• HCFC-142b: vahud.

Teenindussektor

• HCFC-22: kliimaseadmete külmutus;
• HCFC-123: külmutusmasinad ( jahutid );
• HCFC-141b: elektriskeemide puhastamine;
• HCFC segud: konditsioneeriga külmikud.

Keskkonnaministeeriumi (MMA) andmetel kaotatakse Brasiilias hinnanguliselt 2040. aastaks HCFC-de tarbimine. Allpool olev graafik näitab HCFC-de kasutamise arengut:

Metüülbromiid

See on halogeenitud orgaaniline ühend, mis rõhu all on veeldatud gaas ja millel võib olla looduslik või sünteetiline päritolu. Metüülbromiid on elusolenditele tohutult mürgine ja surmav. Seda kasutati laialdaselt põllumajanduses ja ladustatud kaupade kaitsmisel ning mahutite ja veskite desinfitseerimiseks.

Brasiilias on metüülbromiidi impordikogused alates 1990. aastate keskpaigast juba külmutatud. 2005. aastal vähendas riik importi 30%.

Alltoodud tabel näitab Brasiilia poolt metüülbromiidi kasutamise välistamise ajakava:

MMA andmetel on metüülbromiidi kasutamine lubatud ainult impordiks ja ekspordiks reserveeritud karantiini- ja saadetise-eelsel töötlemisel.

Allpool näitab graafik metüülbromiidi tarbimise ajalugu Brasiilias:

Haloonid

Haloonainet toodab ja impordib Brasiilia kunstlikult. See koosneb broomist, kloorist või fluorist ja süsinikust. Seda ainet kasutati igat tüüpi tulekustutites laialdaselt. Montreali protokolli kohaselt oleks 2002. aastal lubatud halooni import, mis viitab 1995. – 1997. Aasta Brasiilia keskmisele impordile, vähendades 2005. aastal 50% ja 2010. aastal oleks import täielikult keelatud. Conama 14. detsembri 2000. aasta resolutsioon nr 267 läks siiski kaugemale, keelates uute haloonide importimise alates 2001. aastast, lubades importida ainult regenereeritud haloone, kuna need ei kuulu protokolli kõrvaldamise ajakavasse.

Halooni-1211 ja haloon-1301 kasutatakse lisaks meresõltuvuse kasutamisele peamiselt meretulekahjude likvideerimisel, aeronavigatsioonis, naftalaevadel ja nafta kaevandamise platvormidel, kultuuri- ja kunstikogudes ning elektri- ja tuumaelektrijaamades. sõjaväe. Nendel juhtudel on kasutamine lubatud tänu selle tõhususele tulekahjude kustutamisel ilma jääke jätmata ja süsteeme kahjustamata.

Alloleva graafiku järgi on Brasiilia haloonide tarbimise juba kaotanud.

Kloor

Kloor eraldub atmosfääri antropogeensel viisil (inimtegevuse kaudu), peamiselt CFC-de (klorofluorosüsivesinike) kasutamise kaudu, mida oleme juba eespool näinud. Need on gaasilised sünteetilised ühendid, mida kasutatakse laialdaselt pihustite valmistamisel ning vanemates külmikutes ja sügavkülmikutes.

Lämmastikoksiidid

Mõned looduslikud kiirgusallikad on mikroobide muundumised ja elektrilised heited atmosfääris (kiired). Neid tekitavad ka inimtekkelised allikad. Peamine neist on fossiilkütuste põletamine kõrgel temperatuuril. Sel põhjusel toimub nende gaaside emissioon troposfääris, mis on atmosfääri kiht, kus me elame, kuid konvektsioonimehhanismi kaudu viiakse need kergesti stratosfääri, mis võib seejärel osoonikihini jõuda, seda lagundades.

Üks NO ja NO2 heitmete vältimise meetoditest on katalüsaatorite kasutamine. Tööstuse ja autode katalüsaatorite ülesanne on kiirendada keemilisi reaktsioone, mis muudavad saasteained enne nende atmosfääri sattumist inimeste tervisele ja keskkonnale vähem kahjulikeks toodeteks.

Vesinikoksiidid

Peamine HOx allikas stratosfääris on OH moodustumine osooni fotolüüsil, mis tekitab ergastatud hapniku aatomeid, mis reageerivad veeaurudega.

Osoonikihi auk

Pilt: NASA

1985. aastal leiti, et ajavahemikus septembrist novembrini vähenes stratosfääri osoon märkimisväärselt, umbes 50%, mis vastab kevadisele perioodile lõunapoolkeral. Vastutus omistati CFC-de kloori toimele. Mitmed uuringud on näidanud, et protsess on toimunud alates 1979. aastast.

Ainus auk osoonikihis asub Antarktika kohal - mujal juhtus osoonikihi aeglane ja järkjärguline langus.

Osoonikihi kahjustuste tagasipöördumine on praegu aga suur tänu Montreali protokollis vastu võetud meetmetele, nagu teavitab ÜRO arenguprogramm (UNDP). Eeldatakse, et aastaks 2050 taastatakse kiht 1980. aastale eelnenud tasemele.

Uudishimu: miks ainult lõunapoolusel?

Ainult Antarktika kohal tekkiva augu kohta saab selgitust anda lõunapooluse eritingimustega, nagu madal temperatuur ja isoleeritud atmosfääriringlus.

Konvektsioonivoolude tõttu ringlevad õhumassid katkematult, kuid Antarktikas, kuna selle talv on äärmiselt karm, õhuringlust ei toimu, tekitades piirkonnale piiratud konvektsiooniringe, mida nimetatakse polaarseks keeriseks või keeriseks.

Vaadake ka seda Rahvusliku Kosmosiuuringute Instituudi (Inpe) koostatud lühivideot osoonikihi lagunemise kohta CFC-de poolt:

Original text

Contribute a better translation

---