Vet vad det är, vilka gaser påverkar och när ozonskiktet ska regenereras

Vad är ozonskiktet? Detta är en mycket viktig fråga för alla som är intresserade av planeten Jorden och därmed vår. Men för att svara på det först måste du förstå hur vissa grundläggande processer i atmosfären fungerar.

Ett av de viktigaste miljöproblemen i samband med kemi och luftföroreningar är utarmning (eller nedbrytning) av ozonskiktet. Du måste ha hört talas om detta. Ozonskiktet, som namnet antyder, är ett lager av jordens atmosfär som har höga koncentrationer av ozon (O3). Den högsta koncentrationen ligger i stratosfären, cirka 20 km till 25 km från jordens yta. Toppnivån för dessa koncentrationer ligger vid höga breddgrader (poler) och den lägsta förekommer i tropiska regioner (även om graden av O3-produktion är högre i tropikerna).

Som redan har sagts i vår artikel "Ozon: skurk eller bra kille?", Kan denna gas vara både extremt viktig och väsentlig för livet på jorden, liksom en mycket giftig förorening. Allt beror på det atmosfäriska skiktet det är i. I troposfären är han en skurk. I stratosfären, en bra kille. I den här frågan kommer vi att prata om stratosfäriskt ozon, påpeka dess funktioner, dess betydelse, hur det har försämrats och hur man kan förhindra att detta händer.

Funktioner

Stratosfärisk ozon (den goda killen) är ansvarig för att filtrera solstrålning vid vissa våglängder (absorberar all ultraviolett B-strålning, kallad UV-B och en del av andra typer av strålning) som kan orsaka vissa typer av cancer, är en av det värsta är melanom. Det har också funktionen att hålla jorden varm och förhindra att all värme som släpps ut på planetens yta sprids.

Vad är ozonskiktet?

Ozonskiktet, som nämnts tidigare, är ett lager som koncentrerar cirka 90% av O3-molekylerna. Detta lager är viktigt för livet på jorden, eftersom det skyddar alla levande varelser genom att filtrera ultraviolett solstrålning av typ B. Ozon beter sig annorlunda beroende på höjden där det finns. 1930 beskrev en engelsk fysiker vid namn Sydnei Chapman processerna för produktion och nedbrytning av stratosfärisk ozon baserat på fyra steg: syrefotolys; ozonproduktion; ozonförbrukning I; ozonförbrukning II.

1. Syrelfotolys

Solstrålning når en O2-molekyl och separerar dess två atomer. Detta innebär att detta första steg erhåller två fria syre (O) -atomer som en produkt.

2. Ozonproduktion

I detta steg reagerar vart och ett av det fria syret (O) som produceras i fotolysen med en O2-molekyl och erhåller ozonmolekyler (O3) som en produkt. Denna reaktion sker med hjälp av en atom- eller katalysatormolekyl, ett ämne som gör att reaktionen kan inträffa snabbare, men utan att agera aktivt och utan att binda till reagensen (O och O2) eller produkten (O3).

Steg 3 och 4 visar hur ozon kan brytas ned på olika sätt:

3. Ozonförbrukning I

Ozonet som bildas i produktionssteget bryts ned igen till en O- och en O2-molekyl genom solstrålningens verkan (när det finns närvaron av våglängder från 400 nm till 600 nm).

4. Ozonförbrukning II

Ett annat sätt för nedbrytning av ozon (O3) är genom att reagera med fria syreatomer (O). På detta sätt kommer alla dessa syreatomer att rekombineras och generera två syremolekyler (O2) som en produkt.

Men då, om ozon produceras och bryts ned, vad upprätthåller ozonskiktet? För att svara på denna fråga måste vi ta hänsyn till två viktiga faktorer: produktionshastigheten / förstörelsen av molekyler (hastigheten med vilken de produceras och förstörs) och deras genomsnittliga livslängd (tid som krävs för att minska koncentrationen av någon förening till hälften av initial koncentration).

När det gäller produktionshastigheten / förstörelsen av molekylerna, fann man att steg 1 och 4 är långsammare än steg 2 och 3 i processen. Men eftersom allt börjar vid syrefotolysstadiet (steg 1) kan vi säga att koncentrationen av ozon som ska genereras beror på den. Detta förklarar sedan varför O3-koncentrationen sjunker vid höjder över 25 km och vid lägre höjder; vid höjder över 25 km minskar O2-koncentrationen. I lägre atmosfäriska lager dominerar längre våglängder, som har mindre energi för att bryta ner syremolekyler, vilket minskar deras fotolyshastighet.

Trots den stora upptäckten av dessa steg, om vi bara beaktade dessa processer av förstörelse, skulle vi få O3-koncentrationsvärden dubbelt så höga som de som observerats i verkligheten. Detta händer inte eftersom det, förutom de visade stegen, också finns onaturliga ozonnedbrytningscykler orsakade av ozonutarmande ämnen (SDO): produkter som halon, koltetraklorid (CTC), hydroklorfluorkolväte (HCFC), klorfluorkolväte (CFC) och metylbromid (CH3Br). När de släpps ut i atmosfären flyttar de till stratosfären, där de sönderdelas av UV-strålning och frigör klorfria atomer, som i sin tur bryter ozonbindningen och bildar klormonoxid och syrgas. Den bildade klormonoxiden kommer att reagera igen med de syrefria atomerna,bildar mer kloratomer, som kommer att reagera med syre och så vidare. Det uppskattas att varje kloratom kan brytas ned cirka 100 tusen ozonmolekyler i stratosfären och har en livslängd på 75 år, men det har redan varit tillräckligt med urladdning för att reagera i nästan 100 år med ozon. Förutom reaktioner med väteoxider (HOx) och kväveoxider (NOx) som också reagerar med stratosfärisk O3, förstör den och bidrar till nedbrytningen av ozonskiktet.Förutom reaktioner med väteoxider (HOx) och kväveoxider (NOx) som också reagerar med stratosfärisk O3, förstör den och bidrar till nedbrytningen av ozonskiktet.Förutom reaktioner med väteoxider (HOx) och kväveoxider (NOx) som också reagerar med stratosfärisk O3, förstör den och bidrar till nedbrytningen av ozonskiktet.

Diagrammet nedan visar historien om SDO-konsumtion i Brasilien:

Var är ozonnedbrytande ämnen och hur man undviker dem?

CFC

Klorfluorkolväten är syntetiserade föreningar bildade av klor, fluor och kol, som har använts i stor utsträckning i flera processer - de viktigaste listas nedan:

• CFC-11: används vid tillverkning av polyuretanskum som expanderande medel, i aerosoler och läkemedel som drivmedel, i hushåll, kommersiell och industriell kylning som vätska;
• CFC-12: appliceras i alla processer där CFC-11 användes och även i en blandning med etylenoxid, som ett steriliseringsmedel;
• CFC-113: används i precisionselektronikelement, som lösningsmedel för rengöring;
• CFC-114: används i aerosoler och läkemedel som drivmedel;
• CFC-115: används som vätska i kommersiell kylning.

Dessa föreningar uppskattas vara cirka 15 000 gånger mer skadliga för ozonskiktet än CO2 (koldioxid).

1985 ratificerades Wienkonventionen för skydd av ozonskiktet i 28 länder. Med löften om samarbete inom forskning, övervakning och produktion av CFC presenterade konventionen idén att möta ett miljöproblem på global nivå innan dess effekter kändes eller vetenskapligt bevisades. Av denna anledning anses Wienkonventionen vara ett av de största exemplen på tillämpningen av försiktighetsprincipen i stora internationella förhandlingar.

1987 åkte en grupp på 150 forskare från fyra länder till Antarktis och bekräftade att koncentrationen av klormonoxid var ungefär hundra gånger högre i den regionen än någon annanstans på planeten. Den 16 september samma år fastställde Montrealprotokollet behovet av ett gradvis förbud mot CFC och deras ersättning med gaser som inte var skadliga för ozonskiktet. Tack vare detta protokoll anses den 16 september vara världsdagen för skydd av ozonskiktet.

Wienkonventionen för skydd av ozonskiktet och Montrealprotokollet ratificerades i Brasilien den 19 mars 1990 och utfärdades i landet den 6 juni samma år genom dekret nr 99,280.

I Brasilien stoppades användningen av CFC helt 2010, vilket visas i diagrammet nedan:

HCFC

Klorfluorkolväten är artificiella ämnen som importeras till Brasilien, initialt i små mängder. Men på grund av förbudet mot CFC ökar användningen. De viktigaste applikationerna är:

Tillverkningssektorn

• HCFC-22: kylning av luftkonditionering och skum;
• HCFC-123: brandsläckare;
• HCFC-141b: skum, lösningsmedel och aerosoler;
• HCFC-142b: skum.

Tjänstesektor

• HCFC-22: luftkonditioneringskylning;
• HCFC-123: kylmaskiner ( kylaggregat );
• HCFC-141b: rengöring av elektriska kretsar;
• HCFC-blandningar: luftkonditioneringskylskåp.

Enligt miljöministeriet (MMA) uppskattas det att förbrukningen av HCFK år 2040 kommer att elimineras i Brasilien. Grafen nedan visar utvecklingen i användningen av HCFC:

Metylbromid

Det är en halogenerad organisk förening som, under tryck, är en flytande gas och kan ha ett naturligt eller syntetiskt ursprung. Metylbromid är oerhört giftigt och dödligt för levande varelser. Det användes i stor utsträckning inom jordbruket och för skydd av lagrade varor och för desinfektion av avlagringar och kvarnar.

Brasilien har redan fått sina importkvantiteter metylbromid frysta sedan mitten av 1990-talet. 2005 minskade landet importen med 30%.

Tabellen nedan visar det schema som anges av Brasilien för eliminering av användningen av metylbromid:

Enligt MMA är användning av metylbromid endast tillåten för karantän- och förbehandlingar som är reserverade för import och export.

Nedan visar diagrammet historien om metylbromidkonsumtion i Brasilien:

Haloner

Halonsubstansen produceras och importeras artificiellt av Brasilien. Den består av brom, klor eller fluor och kol. Detta ämne användes ofta i brandsläckare för alla typer av brand. Enligt Montrealprotokollet skulle import av halon som hänvisar till genomsnittet av brasiliansk import mellan 1995 och 1997 under 2002 tillåtas, vilket skulle minska 50% 2005 och 2010 skulle importen vara helt förbjuden. Emellertid gick Conamas resolution nr 267 av den 14 december 2000 längre och förbjöd import av nya haloner från och med 2001 och fick endast importera regenererade haloner, eftersom de inte ingår i protokollets eliminationsschema.

Halon-1211 och halon-1301 används huvudsakligen för att eliminera marina bränder, vid flygtrafik, på oljefartyg och oljeutvinningsplattformar, i kulturella och konstnärliga samlingar och i kraft- och kärnkraftverk, förutom användningen av militär. I dessa fall är användningen tillåten på grund av dess effektivitet vid släckning av bränder utan att lämna rester och utan att system skadas.

Enligt diagrammet nedan har Brasilien redan eliminerat konsumtionen av haloner.

Klor

Klor släpps ut i atmosfären på ett antropogent sätt (via mänsklig aktivitet), främst genom användning av CFC (klorfluorkolväten), vilket vi redan har sett ovan. De är gasformiga syntetiska föreningar, som ofta används vid tillverkning av sprayer och i äldre kylskåp och frysar.

Kväveoxider

Vissa naturliga källor är mikrobiella transformationer och elektriska urladdningar i atmosfären (strålar). De genereras också av antropogena källor. Den viktigaste är förbränning av fossila bränslen vid höga temperaturer. Av denna anledning sker utsläppen av dessa gaser i troposfären, vilket är skiktet i atmosfären där vi bor, men de transporteras lätt till stratosfären genom konvektionsmekanismen, som sedan kan nå ozonskiktet och bryta ner det.

En av metoderna för att undvika NO- och NO2-utsläpp är användningen av katalysatorer. Katalysatorerna för industrier och bilar har funktionen att påskynda kemiska reaktioner som omvandlar föroreningar till produkter som är mindre skadliga för människors hälsa och miljön innan de släpps ut i atmosfären.

Väteoxider

Den huvudsakliga källan till HOx i stratosfären är bildandet av OH från fotolysen av ozon, som producerar exciterade syreatomer, som reagerar med vattenångor.

Hål i ozonskiktet

Bild: NASA

1985 konstaterades att det fanns en signifikant minskning av cirka 50% i stratosfärisk ozon mellan september och november, vilket motsvarar vårperioden på södra halvklotet. Ansvar tillskrevs verkan av klor från CFC. Flera studier har visat att processen har ägt rum sedan 1979.

Det enda hålet i ozonskiktet ligger över Antarktis - någon annanstans, vad som hände var den långsamma och gradvisa minskningen av ozonskiktet.

Det finns dock en stor nuvarande trend för att vända skadorna på ozonskiktet på grund av de åtgärder som antagits i Montrealprotokollet, enligt information från FN: s utvecklingsprogram (UNDP). Förväntningen är att lagret 2050 återställs till nivåerna före 1980.

Nyfikenhet: varför bara på sydpolen?

Förklaringen till hålet som endast förekommer över Antarktis kan ges av Sydpolens speciella förhållanden, såsom låga temperaturer och isolerade atmosfäriska cirkulationssystem.

På grund av konvektionsströmmarna cirkulerar luftmassorna utan avbrott, men i Antarktis på grund av att vintern är extremt svår, uppstår inte luftcirkulationen och producerar konvektionscirklar begränsade till området, som kallas polar virvel eller virvel.

Se även den här korta videon producerad av National Institute for Space Research (Inpe) om nedbrytningen av ozonskiktet av CFC:

Original text

Contribute a better translation

---