lovesouthernsocial.com

Знайте, що це таке, на які гази впливають і коли озоновий шар має відновитися

Що таке озоновий шар? Це дуже важливе питання для всіх, кого хвилює здоров’я планети Земля, а отже, і нашого. Але щоб відповісти на нього, спочатку потрібно зрозуміти, як працюють деякі основні процеси в атмосфері.

Однією з основних екологічних проблем, пов’язаних з хімією та забрудненням повітря, є виснаження (або деградація) озонового шару. Ви напевно вже чули про цю тему. Озоновий шар, як випливає з його назви, являє собою шар атмосфери Землі з високою концентрацією озону (O3). Найбільша концентрація знаходиться в стратосфері, приблизно на 20-25 км від поверхні Землі. Ці концентрації досягають піку у високих широтах (полюсах), а найнижчі – у тропічних регіонах (хоча швидкість виробництва O3 вища в тропіках).

Як уже говорилося в нашій статті «Озон: поганий хлопець чи хороший хлопець?», цей газ може бути як надзвичайно важливим, так і необхідним для життя на Землі, як дуже токсичний забруднювач. Все залежить від шару атмосфери, в якому він знаходиться. У тропосфері він лиходій. У стратосфері хороший хлопець. У цій статті ми поговоримо про стратосферний озон, вказавши на його функції, його важливість, як він руйнувався і як запобігти цьому.

Ролі

Стратосферний озон (хороший хлопець) відповідає за фільтрацію сонячного випромінювання на деяких довжинах хвилі (поглинає все ультрафіолетове випромінювання B, яке називається UV-B і частину інших видів випромінювання), здатне викликати певні типи раку, будучи одним з найгірших. меланома. Він також має функцію підтримувати Землю в теплі, запобігаючи розсіюванню всього тепла, що виділяється на поверхні планети.

Що таке озоновий шар?

Озоновий шар, як згадувалося раніше, являє собою шар, який зосереджує близько 90% молекул O3. Цей шар необхідний для життя на Землі, оскільки він захищає все живе, відфільтровуючи ультрафіолетове сонячне випромінювання типу B. Озон поводиться по-різному залежно від його висоти. У 1930 році англійський фізик на ім'я Сідні Чепмен описав процеси виробництва та деградації стратосферного озону на основі чотирьох етапів: фотоліз кисню; виробництво озону; споживання озону I; споживання озону II .

1. Кисневий фотоліз

Сонячне випромінювання потрапляє на молекулу O2, розділяючи два її атоми. Іншими словами, цей перший крок отримує два вільних атома кисню (O) як продукт.

2. Виробництво озону

На цьому етапі кожен вільний кисень (O), що утворюється при фотолізі, реагує з молекулою O2, отримуючи молекули озону (O3) як продукт. Ця реакція відбувається за допомогою атома або молекули каталізатора — речовини, яка дає змогу реакції відбуватися швидше, але без активної дії та без зв’язування з реагентами (О та О2) чи з продуктом (О3).

Кроки 3 і 4 демонструють, як озон може руйнуватися різними способами:

3. Споживання озону I

Озон, що утворюється на стадії виробництва, потім знову розкладається на молекули O та O2 під дією сонячної радіації (при наявності довжин хвиль від 400 нанометрів до 600 нанометрів).

4. Споживання озону II

Іншим способом руйнування озону (O3) є реакція з вільними атомами кисню (O). Таким чином, усі ці атоми кисню рекомбінують, утворюючи дві молекули кисню (O2) як продукт.

Але тоді, якщо озон виробляється та руйнується, що підтримує озоновий шар? Щоб відповісти на це питання, ми повинні розглянути два важливі фактори: швидкість утворення/руйнування молекул (швидкість, з якою вони утворюються і руйнуються) і їх середній час життя (час, необхідний для зниження концентрації будь-якої сполуки до половини початкової концентрація).

Що стосується швидкості виробництва/руйнування молекул, було виявлено, що етапи 1 і 4 є повільнішими, ніж кроки 2 і 3 процесу. Однак, оскільки все починається на етапі фотолізу кисню (крок 1), ми можемо сказати, що концентрація озону, яка буде утворена, залежить від цього. Це пояснює, чому концентрація O3 спадає на висотах понад 25 км і на менших висотах; на висотах понад 25 км концентрація О2 зменшується. У нижніх шарах атмосфери переважають більш довгі хвилі, які мають менше енергії для розщеплення молекул кисню, знижуючи швидкість їх фотолізу.

Незважаючи на велике відкриття цих кроків, якби ми розглядали лише ці процеси руйнування, ми б отримали значення концентрації O3 вдвічі вище, ніж спостерігаються в реальності. Цього не відбувається, оскільки, крім показаних етапів, існують також неприродні цикли руйнування озону, викликані речовинами, що руйнують озоновий шар (ODS): такими продуктами, як галон, чотирихлористий вуглець (CTC), гідрохлорфторуглерод (HCFC), хлорфторуглерод (CFC). ) і бромистий метил (CH3Br). Коли вони викидаються в атмосферу, вони переміщуються в стратосферу, де розкладаються УФ-випромінюванням, вивільняючи вільні атоми хлору, які, у свою чергу, розривають озоновий зв’язок, утворюючи монооксид хлору та газоподібний кисень. Утворений монооксид хлору знову вступить у реакцію з вільними атомами кисню, утворюючи більше атомів хлору, які вступлять у реакцію з киснем тощо. Підраховано, що кожен атом хлору може розкласти близько 100 000 молекул озону в стратосфері і має термін зберігання 75 років, але вже було достатньо розряду, щоб реагувати з озоном протягом майже 100 років. Крім реакцій з оксидами водню (HOx) і оксидами азоту (NOx), які також реагують з стратосферним O3, руйнуючи його, сприяючи деградації озонового шару.

Наведена нижче діаграма показує історію споживання ОРВ у Бразилії:

Де знаходяться озоноруйнівні речовини і як їх уникнути?

ХФУ

Хлорфторвуглеводні – це синтезовані сполуки, утворені хлором, фтором та вуглецем, які широко застосовуються в кількох процесах, основні з яких наведено нижче:

• CFC-11: використовується у виробництві пінополіуретану як розширювача, в аерозолях і лікарських препаратах як паливний палив, у побутовому, комерційному та промисловому охолодженні як рідина;
• CFC-12: застосовується у всіх процесах, в яких використовувався CFC-11, а також змішується з етиленоксидом як стерилізатор;
• CFC-113: використовується в елементах прецизійної електроніки, таких як розчинники для очищення;
• CFC-114: використовується в аерозолях і лікарських препаратах як пропелент;
• CFC-115: використовується як рідина в комерційних холодильних установках.

Підраховано, що ці сполуки приблизно в 15 тисяч разів більш шкідливі для озонового шару, ніж CO2 (вуглекислий газ).

У 1985 р. Віденську конвенцію про захист озонового шару ратифікували 28 країн. З обіцянками співпраці в галузі досліджень, моніторингу та виробництва фреонів, конвенція представила ідею зіткнення з екологічною проблемою на глобальному рівні до того, як її наслідки будуть відчутні або науково доведені. З цієї причини Віденська конвенція вважається одним з найбільших прикладів застосування принципу обережності на великих міжнародних переговорах.

У 1987 році група з 150 вчених з чотирьох країн вирушила в Антарктиду і підтвердила, що концентрація монооксиду хлору в цьому регіоні приблизно в сто разів вище, ніж будь-де на планеті. Потім, 16 вересня того ж року, Монреальський протокол встановив необхідність поступової заборони фреонів та заміни їх на гази, нешкідливі для озонового шару. Завдяки цьому протоколу 16 вересня вважається Всесвітнім днем ​​захисту озонового шару.

Віденська конвенція про охорону озонового шару та Монреальський протокол були ратифіковані в Бразилії 19 березня 1990 р., оприлюднені в країні 6 червня того ж року указом № 99.280.

У Бразилії використання фреонів було повністю припинено в 2010 році, як показано на діаграмі нижче:

ГХФУ

Гідрохлорфторвуглеводні - штучні речовини, що імпортуються Бразилією спочатку в невеликих кількостях. Однак у зв’язку із забороною на ХФУ їх використання зростає. Основні програми:

виробничий сектор

• HCFC-22: кондиціонування повітря та охолодження піни;
• HCFC-123: вогнегасники;
• HCFC-141b: піни, розчинники та аерозолі;
• HCFC-142b: піни.

Сфера обслуговування

• HCFC-22: кондиціонер, охолодження;
• HCFC-123: холодильні машини (чиллери);
• HCFC-141b: очищення електричних ланцюгів;
• Суміші HCFC: охолоджувачі кондиціонерів.

За оцінками Міністерства навколишнього середовища (MMA), до 2040 року споживання ГХФУ в Бразилії буде ліквідовано. Наведена нижче діаграма показує еволюцію використання ГХФУ:

бромистий метил

Це галогенована органічна сполука, яка під тиском являє собою зріджений газ, який може мати природне або синтетичне походження. Бромистий метил надзвичайно токсичний і смертельний для живих істот. Його широко використовували в сільському господарстві і для захисту складованих товарів, а також для дезінфекції складів і млинів.

З середини 1990-х років Бразилія вже заморозила кількість імпорту бромистого метилу. У 2005 році країна скоротила імпорт на 30%.

У таблиці нижче наведено графік, передбачений Бразилією для припинення використання бромистого метилу:

Згідно з MMA, використання бромистого метилу дозволено лише для карантинної обробки та обробки перед відвантаженням, зарезервованої для імпорту та експорту.

Нижче на графіку показано історію споживання бромистого метилу в Бразилії:

Галони

Речовина галон виробляється штучно та імпортується Бразилією. Він складається з брому, хлору або фтору та вуглецю. Ця речовина знайшла широке застосування в вогнегасниках для всіх видів пожежі. Відповідно до Монреальського протоколу, у 2002 році імпорт галону, що стосується середнього бразильського імпорту між 1995 та 1997 роками, буде дозволений, зменшивши 50% у 2005 році, а в 2010 році імпорт буде повністю заборонений. Однак резолюція Конами № 267 від 14 грудня 2000 р. пішла далі, забороняючи імпорт нових галонів з 2001 р., дозволяючи імпорт лише відновлених галонів, оскільки вони не входять до графіку ліквідації протоколу.

Галон-1211 і галон-1301 в основному використовуються для ліквідації пожеж на морі, в аеронавігації, на нафтових танкерах і нафтовидобувних платформах, у культурно-мистецьких колекціях, а також на електро- та атомних електростанціях, крім їхнього використання. . У цих випадках використання дозволяється завдяки його ефективності при гасінні осередків пожежі, не залишаючи залишків і не пошкоджуючи системи.

Згідно з графіком нижче, Бразилія вже виключила споживання галонів.

хлор

Хлор викидається в атмосферу антропним шляхом (через діяльність людини), в основному за рахунок використання фреонів (хлорфторуглеродів), які ми вже бачили вище. Це газоподібні синтетичні сполуки, які широко використовуються у виробництві спреїв і в старих холодильниках і морозильниках.

Оксиди азоту

Деякі природні джерела випромінювання - це мікробні перетворення та електричні розряди в атмосфері (блискавки). Вони також генеруються антропогенними джерелами. Основним з них є спалювання викопного палива при високих температурах. З цієї причини викид цих газів відбувається в тропосфері, яка є шаром атмосфери, де ми живемо, але вони легко переносяться в стратосферу через конвекційний механізм, а потім можуть досягати озонового шару, деградуючи його.

Одним із методів уникнення викидів NO та NO2 є використання каталізаторів. Каталізатори в промисловості та в автомобілях мають функцію прискорення хімічних реакцій, які перетворюють забруднювачі на продукти, менш шкідливі для здоров’я людини та навколишнього середовища, перш ніж вони потраплять в атмосферу.

оксиди водню

Основним джерелом HOx в стратосфері є утворення OH в результаті фотолізу озону, при якому утворюються збуджені атоми кисню, які реагують з парами води.

Озонова діра

Зображення: NASA

У 1985 році було виявлено, що з вересня по листопад відбулося значне скорочення стратосферного озону приблизно на 50%, що відповідає весняному періоду в південній півкулі. Відповідальність покладено на дію хлору з фреонів. Кілька досліджень показали, що цей процес триває з 1979 року.

Єдина діра в озоновому шарі розташована над Антарктидою - в іншому місці сталося повільне і поступове виснаження озонового шару.

Проте, як повідомляє Програма розвитку Організації Об’єднаних Націй (ПРООН), існує велика тенденція до усунення пошкоджень озонового шару завдяки заходам, прийнятим у Монреальському протоколі. Очікується, що приблизно до 2050 року шар буде відновлено до рівня до 1980 року.

Цікаво: чому тільки на Південному полюсі?

Пояснення тому, що діра виникає лише над Антарктидою, можна дати особливими умовами Південного полюса, такими як низькі температури та ізольовані системи циркуляції атмосфери.

Завдяки конвекційним течіям повітряні маси циркулюють безперервно, але в Антарктиді через надзвичайно сувору зиму циркуляція повітря не відбувається, утворюючи конвекційні кола, обмежені територією, які називають полярним вихором або вихором.

Дивіться також це коротке відео, створене Національним інститутом космічних досліджень (Inpe) про деградацію озонового шару фреонами: