Gaura de ozon este o scădere locală a concentrației de ozon din stratul de ozon al Pământului . Conform teoriei general acceptate în comunitatea științifică, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, impactul din ce în ce mai mare al factorului antropic sub forma eliberării de freoni cu conținut de clor și fluor a dus la o subțiere semnificativă a stratul de ozon, vezi, de exemplu, raportul Organizației Meteorologice Mondiale [1] :
Acestea și alte descoperiri științifice recente au întărit concluzia evaluărilor anterioare conform căreia corpul de dovezi științifice sugerează că pierderea observată de ozon la latitudini medii și înalte se datorează în principal compușilor antropici care conțin clor și brom.
Text original (engleză)[ arataascunde] Acestea și alte descoperiri științifice recente întăresc concluzia evaluării anterioare conform căreia ponderea dovezilor științifice sugerează că pierderile observate de ozon la latitudini medii și înalte se datorează în mare parte compușilor antropici ai clorului și bromului.Pentru a determina limitele găurii de ozon, a fost ales un nivel minim de ozon în atmosferă de 220 de unități Dobson .
Suprafața găurii de ozon de peste Antarctica a fost în medie de 22,8 milioane de kilometri pătrați în 2018 (în 2010-2017, valorile medii anuale au variat între 17,4 și 25,6 milioane de kilometri pătrați, în 2000-2009 - de la 12,0 la 26. milioane de kilometri pătrați, în 1990-1999 - de la 18,8 la 25,9 milioane de kilometri pătrați). [2]
O gaură de ozon cu un diametru de peste 1000 km a fost descoperită pentru prima dată în 1985 în emisfera sudică , deasupra Antarcticii , de un grup de oameni de știință britanici: J. Shanklin , J. Farman , B. Gardiner , care a publicat articolul corespunzător în revista Nature . În fiecare august a apărut, iar în decembrie-ianuarie a încetat să mai existe. Numeroase mini-găuri de ozon există peste emisfera nordică din Arctica toamna și iarna. Aria unei astfel de găuri nu depășește 2 milioane km², durata sa de viață este de până la 7 zile [3] .
În timpul nopților polare, ozonul nu se formează, deoarece radiațiile ultraviolete nu afectează moleculele de oxigen. Având o masă mare, moleculele de ozon coboară la suprafața Pământului și sunt distruse, deoarece sunt instabile la presiune normală.
Rowland și Molina au sugerat că atomii de clor ar putea provoca distrugerea unor cantități mari de ozon din stratosferă . Descoperirile lor s-au bazat pe lucrări similare ale lui Paul Joseph Crutzen și Harold Johnstone, care au arătat că oxidul de azot (II) (NO) poate accelera epuizarea stratului de ozon.
O combinație de factori duce la o scădere a concentrației de ozon în atmosferă, principala fiind moartea moleculelor de ozon în reacții cu diferite substanțe de origine antropică și naturală, absența radiației solare în timpul iernii polare, un vârtej polar stabil , care împiedică pătrunderea ozonului de la latitudini subpolare, și formarea norilor stratosferici polari (PSC), ale căror particule de suprafață catalizează reacțiile de descompunere a ozonului. Acești factori sunt deosebit de caracteristici Antarcticii, în Arctica vortexul polar este mult mai slab din cauza lipsei unei suprafețe continentale, temperatura este cu câteva grade mai mare decât în Antarctica, iar PSO-urile sunt mai puțin frecvente și, de asemenea, tind să se spargă. sus la începutul toamnei. Fiind reactive, moleculele de ozon pot reacționa cu mulți compuși anorganici și organici. Principalele substanțe care contribuie la distrugerea moleculelor de ozon sunt substanțele simple ( hidrogen , atomi de oxigen , clor , brom ), anorganice ( acid clorhidric , monoxid de azot ) și compuși organici ( metan , fluorclor și fluorobrom, care eliberează atomi de clor și brom ). Spre deosebire de, de exemplu, hidrofluorofreonii, care se descompun în atomi de fluor , care, la rândul lor, reacţionează rapid cu apa , formând fluorură de hidrogen stabilă . Astfel, fluorul nu participă la reacțiile de degradare a ozonului. De asemenea, iodul nu distruge ozonul stratosferic , deoarece materia organică care conține iod este consumată aproape complet chiar și în troposferă . Principalele reacții care contribuie la distrugerea ozonului sunt prezentate în articolul despre stratul de ozon .
Slăbirea stratului de ozon crește fluxul de radiație solară ultravioletă care pătrunde în apele oceanelor, ceea ce duce la creșterea mortalității în rândul animalelor și plantelor marine [4] [5] .
Deși omenirea a luat măsuri pentru a limita emisiile de freoni care conțin clor și brom prin trecerea la alte substanțe, precum freonii care conțin fluor [6] , procesul de refacere a stratului de ozon va dura câteva decenii. În primul rând, acest lucru se datorează volumului imens de freoni deja acumulați în atmosferă , care au o durată de viață de zeci și chiar sute de ani. Prin urmare, înăsprirea găurii de ozon nu ar trebui să fie așteptată înainte de 2048. [7] Potrivit profesorului Susan Solomon, între 2000 și 2015, gaura de ozon din Antarctica s-a micșorat cu aproximativ dimensiunea Indiei. [8] Potrivit NASA , în 2000, suprafața medie anuală a găurii de ozon de peste Antarctica a fost de 24,8 milioane km², în 2015 - 25,6 milioane km², în 2020 - 23,5 milioane de metri pătrați. km [9] .
Există mai multe mituri larg răspândite despre formarea găurilor de ozon. În ciuda naturii lor neștiințifice, ele apar adesea în mass-media [10] - uneori din ignoranță, alteori susținută de teoreticienii conspirației . Unele dintre ele sunt enumerate mai jos.
Observațiile științifice sistematice ale stratului de ozon din Antarctica au fost efectuate încă din anii 20 ai secolului XX, dar abia în a doua jumătate a anilor 70 a fost descoperită formarea unei găuri de ozon antarctice „stabile” și dezvoltarea sa rapidă (creșterea dimensiunea și scăderea concentrației medii de ozon în limitele găurii) în anii 1980 și 1990 au provocat temeri de panică că punctul de nereturnare în gradul de impact antropic distructiv asupra stratului de ozon a fost deja depășit.
Această afirmație este valabilă pentru latitudini medii și înalte. În rest, ciclul clorului este responsabil pentru doar 15-25% din pierderea de ozon în stratosferă. În același timp, 80% din clor este de origine antropică [11] (pentru mai multe detalii despre contribuția diferitelor cicluri, vezi articolul stratul de ozon ). Adică intervenția umană crește foarte mult aportul ciclului clorului. Și dacă ar exista o tendință de creștere a producției de freoni înainte de intrarea în vigoare a Protocolului de la Montreal (10% pe an), de la 30 la 50% din pierderea totală de ozon în 2050 s-ar datora expunerii la freoni. [12] Înainte de intervenția umană, procesele de formare a ozonului și distrugerea acestuia erau în echilibru. Dar freonii emiși de activitatea umană au deplasat acest echilibru către o scădere a concentrației de ozon. În ceea ce privește găurile de ozon polar, situația este complet diferită. Mecanismul distrugerii ozonului este fundamental diferit de la latitudinile superioare, etapa cheie este conversia formelor inactive de substanțe care conțin halogen în oxizi, care apare pe suprafața particulelor norilor stratosferici polari. Și ca urmare, aproape tot ozonul este distrus în reacțiile cu halogenii, clorul este responsabil pentru 40-50%, iar bromul este de aproximativ 20-40%. [13]
Poziția lui DuPontCompania DuPont , după publicarea datelor despre participarea freonilor la distrugerea ozonului stratosferic, a luat această teorie cu ostilitate și a cheltuit milioane de dolari pentru o campanie de presă pentru a proteja freonii. Președintele DuPont a scris într-un articol din Chemical Week din 16 iulie 1975 că „teoria epuizării stratului de ozon este științifico-fantastică; prostie care nu are sens” [14] . Pe lângă compania DuPont, o serie de companii din întreaga lume au produs și produc diverse tipuri de freoni fără a deduce redevențele [15] .
Uneori se susține că, deoarece moleculele de freon sunt mult mai grele decât azotul și oxigenul, ele nu pot ajunge în stratosferă în cantități semnificative. Cu toate acestea, gazele atmosferice sunt amestecate complet și nu stratificate sau sortate în funcție de greutate. Estimările timpului necesar pentru separarea difuzivă a gazelor în atmosferă necesită timpi de ordinul a mii de ani. Desigur, acest lucru nu este posibil într-o atmosferă dinamică. Procesele de transfer vertical de masă, convecție și turbulență amestecă complet atmosfera de sub turbopauză mult mai repede. Prin urmare, chiar și gazele grele precum inerții sau freonii sunt distribuite uniform în atmosferă, inclusiv ajungând în stratosferă . Măsurătorile experimentale ale concentrațiilor lor în atmosferă confirmă acest lucru ; Măsurătorile arată, de asemenea, că este nevoie de aproximativ cinci ani pentru ca gazele eliberate pe suprafața Pământului să ajungă în stratosferă, vezi al doilea grafic din dreapta. Dacă gazele din atmosferă nu s-ar amesteca, atunci astfel de gaze grele din compoziția sa, precum argonul și dioxidul de carbon ar forma un strat gros de câteva zeci de metri pe suprafața Pământului, ceea ce ar face suprafața Pământului de nelocuit. Dar nu este. Atât criptonul cu o masă atomică de 84, cât și heliul cu o masă atomică de 4 au aceeași concentrație relativă, care este aproape de suprafață, care are o înălțime de până la 100 km. Desigur, toate cele de mai sus sunt valabile numai pentru gazele care sunt relativ stabile, cum ar fi freonii sau gazele inerte. Substanțele care intră în reacții și sunt, de asemenea, supuse diferitelor influențe fizice, de exemplu, se dizolvă în apă, au o dependență de concentrare de înălțime.
Există opinia că sursele naturale de halogeni , cum ar fi vulcanii sau oceanele , sunt mai semnificative pentru procesul de epuizare a stratului de ozon decât cele produse de om. Cu toate acestea, halogenii naturali nu ajung în general în stratosferă datorită faptului că sunt solubili în apă (în principal ionii de clorură și clorură de hidrogen) și sunt spălați din atmosferă, căzând sub formă de ploaie pe sol. De asemenea, compușii naturali sunt mai puțin stabili decât freonii, de exemplu, clorura de metil are o durată de viață atmosferică de numai aproximativ un an, comparativ cu zeci și sute de ani pentru freoni. Prin urmare, contribuția lor la distrugerea ozonului stratosferic este destul de mică. Chiar și erupția rară a Muntelui Pinatubo din iunie 1991 a provocat o scădere a nivelului de ozon nu datorită halogenilor eliberați, ci datorită formării unei mase mari de aerosoli de acid sulfuric, a căror suprafață a catalizat reacții de distrugere a ozonului. Trei ani mai târziu, aproape întreaga masă de aerosoli vulcanici a fost îndepărtată din atmosferă. Astfel, erupțiile vulcanice sunt factori pe termen relativ scurt care afectează stratul de ozon, spre deosebire de freoni, care au durate de viață de zeci și sute de ani. [16]
Mulți[ cine? ] nu înțeleg de ce se formează gaura de ozon în Antarctica, când principalele emisii de freoni au loc în emisfera nordică. Faptul este că freonii sunt bine amestecați în troposferă și stratosferă . Datorită reactivității reduse, practic nu sunt consumate în straturile inferioare ale atmosferei și au o durată de viață de câțiva ani sau chiar decenii. Fiind compuși moleculari foarte volatili, ajung în atmosfera superioară cu relativă ușurință. .
„Gaura de ozon” antarctică în sine nu există pe tot parcursul anului. Apare la sfârșitul iernii - începutul primăverii (august-septembrie) și se manifestă printr-o scădere vizibilă a concentrației medii de ozon într-o vastă zonă geografică. Motivele pentru care se formează gaura de ozon în Antarctica sunt legate de particularitățile climei locale. Temperaturile scăzute din iarna antarctică duc la formarea vortexului polar. Aerul din interiorul acestui vârtej se mișcă în principal pe căi închise în jurul Polului Sud și se amestecă slab cu aerul de la alte latitudini. În acest moment, regiunea polară nu este iluminată de Soare și, în absența iradierii ultraviolete, ozonul nu se formează și se acumulează înainte ca acesta să fie distrus (atât ca rezultat al interacțiunilor cu alte substanțe și particule, cât și în mod spontan, deoarece moleculele de ozon sunt instabile). Odată cu apariția zilei polare, cantitatea de ozon crește treptat și atinge din nou nivelul normal. Adică, fluctuațiile concentrației de ozon peste Antarctica sunt sezoniere.
Dar dacă urmărim dinamica modificărilor concentrației de ozon și mărimea găurii de ozon în medie pe parcursul fiecărui an în ultimele decenii, atunci există o tendință pronunțată către o scădere a concentrației medii de ozon într-o zonă geografică uriașă. .
Surse de clor în stratosferă
Dinamica schimbărilor în dimensiunea găurii de ozon și a concentrației de ozon în Antarctica în anii
| Poluare | |
|---|---|
| poluanti | |
| Poluarea aerului |
|
| Poluarea apei |
|
| Poluare a solului | |
| Ecologia radiațiilor |
|
| Alte tipuri de poluare | |
| Măsuri de prevenire a poluării | |
| Tratate interstatale | |
| Vezi si |
|