Dziura ozonowa

Wraz z tematem ekologii często pojawia się kwestia dziury ozonowej, która bywa częstym elementem dyskusji o szkodliwym wpływie człowieka na środowisko. Czym ona właściwe jest? Jakie są skutki jej rozrostu? Te informacje poznacie dzięki lekturze tego artykułu. Zachęcam was również do przeczytania pozostałych treści w zakładce „Fizyka wokół nas”, gdzie poruszamy tematy, dotyczące otaczającego nas świata.

Czym jest i jak powstaje dziura ozonowa?

Dziurą ozonową określamy zjawisko zmniejszania się ilości ozonu w stratosferze. Część, w której się on znajduje, nazywamy ozonosferą. Zjawisko to jest niebezpieczne, ponieważ ozon to substancja odpowiedzialna za ochronę Ziemi przed słonecznym promieniowaniem ultrafioletowym. Jest ono wysoce szkodliwe dla organizmów żywych. Spadek ilości ozonu w atmosferze oznacza zmniejszenie możliwości jego pochłaniania, a co za tym idzie, większa jego część dociera do powierzchni planety. Powstawanie dziury ozonowej na większą skalę obserwuje się od lat osiemdziesiątych, występuje ona przede wszystkim nad obszarem Antarktydy, w okolicy bieguna południowego.

Za jej powstawanie odpowiedzialny jest proces niszczenia ozonu w stratosferze. Stoją za tym związki chemiczne uwalniane do atmosfery, które nazywamy freonami. W połączeniu z promieniowaniem ultrafioletowym rozkładają się one na chlor, fluor oraz węgiel. Pierwszy z produktów wchodzi w reakcję z ozonem, co prowadzi do tworzenia się tlenu oraz tlenków chloru. Te z kolei łączą się w dwutlenki chloru i uwalniają jego pojedyncze atomy, które są bezpośrednio odpowiedzialne za rozbijanie cząsteczek ozonu. Reakcje te są na tyle silne, że zachodzą aż do usunięcia chloru w wyniku innej reakcji bądź wyczerpania się cząsteczek ozonu. Tempo spadku jego zawartości jest dość zatrważające. Szacunki mówią o zmniejszaniu się jego stężenia w skali rocznej od w przybliżeniu 0,2% nad równikiem, aż do około 0,4 – 0,8% w szerokościach umiarkowanych.

Freony, które są przyczyną zagrożenia, powstają w wyniku stosowania we współczesnym przemyśle, do produkcji aerozoli, związków fluoropochodnych metanu i etanu. Są one wykorzystywane między innymi w przemyśle kosmetycznym, medycynie, do produkcji lakierów, w sprężarkach, czy chociażby w urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych. Co istotne, cząsteczki freonów nie wchodzą w reakcje z innymi substancjami i nie rozpadają się w troposferze. Mogą one pozostawać więc w atmosferze w niezmienionym stanie przez okres ponad 100 lat. Dopiero w ozonosferze dochodzi do niekorzystnego rozkładu, będącego przyczyną wyżej opisanej reakcji niszczącej ozon.

dziura ozonowa - skutki powstawania?

W dłuższej perspektywie zmniejszenie się ilości ozonu w atmosferze może mieć bardzo poważne konsekwencje dla życia na naszej planecie. Oprócz przyczyniania się do zmian klimatycznych, promieniowanie ultrafioletowe, docierające na powierzchnię Ziemi ze Słońca, stanowi zagrożenie dla wszystkich organizmów żywych. Jest przyczyną defektu komórek za pośrednictwem uszkodzeń skóry. Zdolne jest do wywoływania zmian w materiale genetycznym, a co za tym idzie chorób nowotworowych. W tym najgroźniejszego raka skóry – czerniaka. Zbyt wysoka ilość promieniowania ultrafioletowego wiąże się również z osłabieniem odporności organizmów, czego konsekwencją jest zwiększenia ryzyka zarażenia się chorobą pasożytniczą i wirusową. Jakby tego było mało, przyspiesza ono procesy starzenia się skóry. Może również doprowadzić do uszkodzenia i chorób wzroku takich jak zaćma. Rośliny również nie pozostają obojętne na jego wpływy. Szczególnie niebezpieczny, z naszego punktu widzenia, jest możliwość uszkodzenia przez nie wielu gatunków roślin żywieniowych. Może to bezpośrednio wpłynąć na zmniejszenie się produkcji i spadek jakości żywności.

Dziura ozonowa - czy jej powiększanie się jest nieuniknione?

Wszystkie te negatywne scenariusze zdają się jednak przynajmniej na chwilę od nas oddalać. Dowodem pozytywnej tendencji jest rok 2016 i 2017, w których odnotowano zmniejszenie się dziury ozonowej nad powierzchnią Antarktydy. Paradoksalnie, było to możliwe dzięki kolejnemu negatywnemu zjawisku – zwiększeniu się temperatury w wirze polarnym. Jest to układ niskiego ciśnienia, który podczas nocy polarnej powstaje nad obszarami biegunowymi. Wyższe temperatury nad kontynentem zniwelowały tworzenie się polarnych chmur stratosferycznych, będących istotną częścią procesu niszczenia ozonu w stratosferze. Pozwoliło to na zahamowanie wzrostu dziury. Był to proces na tyle skuteczny, że zmniejszyła się ona niemal do rozmiarów z końcówki lat osiemdziesiątych, kiedy to miał miejsce koniec masowego wykorzystania freonów w przemyśle.

Warto jednak uwzględnić, że dziura ozonowa wciąż jest relatywnie bardzo duża, a we wspomnianych wcześniej polarnych chmurach stratosferycznych, nadal obecna jest wysoka zawartość bromu oraz chloru. Pierwiastki te są kluczowymi pośród odpowiedzialnych za niszczenie ozonu. Warto wiedzieć, że już w 1987 roku większość państw świata, na podstawie Protokołu Montrealskiego” wstrzymała wykorzystanie freonów i halonów w produkcji przemysłowej. Jednak zasięg wykorzystania tych środków był na tyle duży, że zadanie całkowitego ich powstrzymania jest nadal bardzo trudne. Szczególnie że stosowano je ówcześnie w lodówkach, czy sprężarkach, a urządzenia z tamtego okresu służą po dziś dzień w wielu gospodarstwach domowych.