Hvad er ozonlaget?

Ved hvad det er, hvad er de gasser, der påvirker, og hvornår ozonlaget skal regenere

ozonlag

Hvad er ozonlaget? Dette er et meget vigtigt spørgsmål for enhver, der er bekymret for planeten Jorden og dermed vores. Men for at besvare det først skal du forstå, hvordan nogle grundlæggende processer i atmosfæren fungerer.

Et af de største miljøproblemer forbundet med kemi og luftforurening er nedbrydning (eller nedbrydning) af ozonlaget. Du må have hørt om dette emne. Ozonlaget er, som navnet antyder, et lag af jordens atmosfære, der har høje koncentrationer af ozon (O3). Den højeste koncentration er placeret i stratosfæren, ca. 20 km til 25 km væk fra jordens overflade. Toppen af ​​disse koncentrationer er placeret ved høje breddegrader (poler), og den laveste forekommer i tropiske regioner (selvom hastigheden for O3-produktion er højere i troperne).

Som det allerede er blevet sagt i vores artikel "Ozon: skurk eller god fyr?", Kan denne gas være ekstremt vigtig og vigtig for livet på Jorden såvel som et meget giftigt forurenende stof. Det hele afhænger af det atmosfæriske lag, det er i. I troposfæren er han en skurk. I stratosfæren, en god fyr. I denne sag vil vi tale om stratosfærisk ozon og påpege dens funktioner, dens betydning, hvordan den er blevet nedbrudt, og hvordan man kan forhindre dette i at ske.

Funktioner

Stratosfærisk ozon (den gode fyr) er ansvarlig for filtrering af solstråling ved nogle bølgelængder (absorberer al ultraviolet B-stråling, kaldet UV-B og en del af andre typer stråling), der er i stand til at forårsage visse typer kræft, som en af det værste er melanom. Det har også den funktion at holde jorden varm og forhindre, at al den varme, der udsendes på planetens overflade, spredes.

Hvad er ozonlaget?

Ozonlaget er som nævnt et lag, der koncentrerer ca. 90% af O3-molekylerne. Dette lag er vigtigt for livet på jorden, da det beskytter alle levende væsener ved at filtrere ultraviolet solstråling af type B. Ozon opfører sig forskelligt i henhold til den højde, hvor det findes. I 1930 beskrev en engelsk fysiker ved navn Sydnei Chapman de stratosfæriske ozonproduktion og nedbrydningsprocesser baseret på fire trin: iltfotolyse; produktion af ozon; ozonforbrug I; ozonforbrug II.

1. Oxygenfotolyse

Solstråling når et O2-molekyle, der adskiller dets to atomer. Det vil sige, dette første trin opnår to frie oxygenatomer (O) som et produkt.

2. Ozonproduktion

I dette trin reagerer hvert af det frie ilt (O), der produceres i fotolysen, med et O2-molekyle og opnår ozonmolekyler (O3) som et produkt. Denne reaktion finder sted ved hjælp af et atom- eller katalysatormolekyle, et stof, der gør det muligt for reaktionen at forekomme hurtigere, men uden at handle aktivt og uden binding til reagenserne (O og O2) eller produktet (O3).

Trin 3 og 4 viser, hvordan ozon kan nedbrydes på forskellige måder:

3. Ozonforbrug I

Den ozon, der dannes i produktionsfasen, nedbrydes derefter igen til et O- og et O2-molekyle ved hjælp af solstråling (når det er i nærværelse af bølgelængder fra 400 nanometer til 600 nanometer).

4. Ozonforbrug II

En anden måde, hvorpå ozon (O3) nedbrydes, er ved at reagere med frie iltatomer (O). På denne måde vil alle disse iltatomer rekombineres og generere to iltmolekyler (O2) som et produkt.

Men hvad opretholder ozonlaget, hvis ozon produceres og nedbrydes? For at besvare dette spørgsmål skal vi overveje to vigtige faktorer: produktionshastigheden / ødelæggelsen af ​​molekyler (den hastighed, hvormed de produceres og destrueres) og deres gennemsnitlige levetid (tid, der kræves for at reducere koncentrationen af ​​en eller anden forbindelse til halvdelen af indledende koncentration).

Med hensyn til produktionshastigheden / ødelæggelsen af ​​molekylerne blev det fundet, at trin 1 og 4 er langsommere end trin 2 og 3 i processen. Da alt starter på iltfotolysestadiet (trin 1), kan vi dog sige, at koncentrationen af ​​ozon, der skal genereres, afhænger af den. Dette forklarer, hvorfor O3-koncentrationen falder i højder over 25 km og i lavere højder; i højder over 25 km falder O2-koncentrationen. I lavere atmosfæriske lag hersker længere bølgelængder, som har mindre energi til at nedbryde iltmolekyler, hvilket reducerer deres fotolysehastighed.

På trods af den store opdagelse af disse trin, hvis vi kun overvejede disse destruktionsprocesser, ville vi opnå O3-koncentrationsværdier dobbelt så høje som dem, der observeres i virkeligheden. Dette sker ikke, foruden de demonstrerede trin er der også unaturlige ozonnedbrydningscyklusser forårsaget af Ozon Depleting Substances (SDO'er): produkter såsom halon, carbontetrachlorid (CTC), hydrochlorfluorcarbon (HCFC), chlorfluorcarbon (CFC) og methylbromid (CH3Br). Når de frigives i atmosfæren, bevæger de sig til stratosfæren, hvor de nedbrydes af UV-stråling og frigiver klorfrie atomer, som igen bryder ozonbindingen og danner klormonoxid og iltgas. Det dannede chlormonoxid reagerer igen med de iltfrie atomer,danner flere kloratomer, som vil reagere med ilt osv. Det anslås, at hvert kloratom kan nedbrydes omkring 100 tusind ozonmolekyler i stratosfæren og har en brugstid på 75 år, men der har allerede været tilstrækkelig udledning til at reagere i næsten 100 år med ozon. Ud over reaktioner med hydrogenoxider (HOx) og nitrogenoxider (NOx), som også reagerer med stratosfærisk O3, ødelægger det og bidrager til nedbrydningen af ​​ozonlaget.Ud over reaktioner med hydrogenoxider (HOx) og nitrogenoxider (NOx), som også reagerer med stratosfærisk O3, ødelægger det og bidrager til nedbrydningen af ​​ozonlaget.Ud over reaktioner med hydrogenoxider (HOx) og nitrogenoxider (NOx), som også reagerer med stratosfærisk O3, ødelægger det og bidrager til nedbrydningen af ​​ozonlaget.

Grafen nedenfor viser historien om SDO-forbrug i Brasilien:

ozonlag

Hvor er ozonlagsnedbrydende stoffer, og hvordan undgår man dem?

CFC'er

Klorfluorcarboner er syntetiserede forbindelser dannet af klor, fluor og kulstof, som er blevet anvendt i vid udstrækning i flere processer - de vigtigste er anført nedenfor:

  • CFC-11: anvendes til fremstilling af polyurethanskum som ekspanderende middel, i aerosoler og medicin som drivmiddel, i husholdnings-, kommerciel og industriel køling som væske;
  • CFC-12: anvendt i alle processer, hvor CFC-11 blev anvendt, og også i en blanding med ethylenoxid som sterilisator;
  • CFC-113: anvendes i præcisionselementer i elektronik som opløsningsmidler til rengøring;
  • CFC-114: anvendes i aerosoler og medicin som drivmiddel;
  • CFC-115: bruges som væske i kommerciel køling.

Disse forbindelser anslås at være ca. 15.000 gange mere skadelige for ozonlaget end CO2 (kuldioxid).

I 1985 blev Wienerkonventionen til beskyttelse af ozonlaget ratificeret i 28 lande. Med løfter om samarbejde inden for forskning, overvågning og produktion af CFC'er præsenterede konventionen ideen om at stå over for et miljøproblem på globalt plan, før dens virkninger blev mærket eller videnskabeligt bevist. Af denne grund betragtes Wienerkonventionen som et af de største eksempler på anvendelsen af ​​forsigtighedsprincippet i større internationale forhandlinger.

I 1987 gik en gruppe på 150 forskere fra fire lande til Antarktis og bekræftede, at koncentrationen af ​​klormonoxid var omkring hundrede gange højere i denne region end andre steder på planeten. Derefter, den 16. september samme år, fastslog Montreal-protokollen behovet for et gradvist forbud mod CFC'er og deres erstatning med gasser, der ikke var skadelige for ozonlaget. Takket være denne protokol betragtes 16. september som verdensdagen for beskyttelse af ozonlaget.

Wienerkonventionen til beskyttelse af ozonlaget og Montreal-protokollen blev ratificeret i Brasilien den 19. marts 1990 og blev bekendtgjort i landet den 6. juni samme år ved dekret nr. 99,280.

I Brasilien blev brugen af ​​CFC fuldstændig stoppet i 2010 som vist i nedenstående graf:

CFC forbrug

HCFC'er

Hydrochlorfluorcarboner er kunstige stoffer, der importeres til Brasilien, oprindeligt i små mængder. På grund af forbuddet mod CFC er brugen imidlertid stigende. De vigtigste applikationer er:

Produktionssektor

  • HCFC-22: køling af aircondition og skum;
  • HCFC-123: ildslukkere;
  • HCFC-141b: skum, opløsningsmidler og aerosoler;
  • HCFC-142b: skum.

Servicesektor

  • HCFC-22: køling af aircondition;
  • HCFC-123: kølemaskiner ( kølere );
  • HCFC-141b: rengøring af elektriske kredsløb;
  • HCFC-blandinger: klimaanlæg.

Ifølge miljøministeriet (MMA) anslås det, at forbruget af HCFC'er inden 2040 vil blive elimineret i Brasilien. Grafen nedenfor viser udviklingen i brugen af ​​HCFC'er:

HCFC forbrug

Methylbromid

Det er en halogeneret organisk forbindelse, der under tryk er en flydende gas og kan have en naturlig eller syntetisk oprindelse. Methylbromid er uhyre giftigt og dødbringende for levende væsener. Det blev meget brugt i landbruget og til beskyttelse af oplagrede varer og til desinfektion af aflejringer og møller.

Brasilien har allerede haft importmængder af methylbromid frosset siden midten af ​​1990'erne. I 2005 reducerede landet importen med 30%.

Tabellen nedenfor viser den tidsplan, der er fastsat af Brasilien for eliminering af brugen af ​​methylbromid:

Tidsplan fastsat af Brasilien til eliminering af brugen af ​​methylbromid

Deadline Kulturer / anvendelser
9/11/02Udrensninger i oplagret korn og korn og efter behandling af afgrøder fra:
  • avocado;
  • ananas;
  • mandler;
  • blomme;
  • hasselnød;
  • kastanje;
  • cashew nød;
  • Paranød;
  • kaffe;
  • copra;
  • citrus;
  • Damaskus;
  • Æble;
  • papaya;
  • mango;
  • kvæde;
  • vandmelon;
  • melon;
  • Jordbær;
  • nektarin;
  • nødder;
  • vente;
  • fersken;
  • drue.
31/12/04Røg
31/12/06Såning af grøntsager, blomster og insekticid
31/12/15Karantænebehandling og plantesundhedsbehandling til import og eksportformål:
  • Godkendte afgrøder:
    • avocado;
    • ananas;
    • mandler;
    • kakao bønner;
    • blomme;
    • hasselnød;
    • kaffebønner;
    • kastanje;
    • cashew nød;
    • Paranød;
    • copra;
    • citrus;
    • Damaskus;
    • Æble;
    • papaya;
    • mango;
    • kvæde;
    • vandmelon;
    • melon;
    • Jordbær;
    • nektarin;
    • nødder;
    • vente;
    • fersken;
    • drue.
  • Træemballage.
Kilde: Fælles normativ instruktion MAPA / ANVISA / IBAMA nr. 01/2002.

Ifølge MMA er brugen af ​​methylbromid kun godkendt til karantæne- og præ-forsendelsesbehandlinger forbeholdt import og eksport.

Nedenfor viser grafen historien om forbrug af methylbromid i Brasilien:

Forbrug af methylbromid

Haloner

Halonstoffet produceres kunstigt og importeres af Brasilien. Den består af brom, klor eller fluor og kulstof. Dette stof blev meget brugt i ildslukkere til alle typer ild. I henhold til Montreal-protokollen ville det i 2002 være tilladt at importere halon med henvisning til gennemsnittet af den brasilianske import mellem 1995 og 1997, hvilket ville reducere 50% i 2005, og i 2010 ville importen være fuldstændig forbudt. Imidlertid gik Conama-resolution nr. 267 af 14. december 2000 endnu længere og forbød import af nye haloner fra 2001 med mulighed for kun at importere regenererede haloner, da de ikke er en del af protokollens eliminationsplan.

Halon-1211 og halon-1301 anvendes hovedsageligt til eliminering af marine brande, i luftfart, i olieskibe og olieudvindingsplatforme, i kulturelle og kunstneriske samlinger og i kraft- og atomkraftværker ud over brugen af militær. I disse tilfælde er brug tilladt på grund af dets effektivitet til at slukke brande uden at efterlade rester og uden at beskadige systemer.

Ifølge nedenstående graf har Brasilien allerede elimineret forbruget af haloner.

Halonforbrug

Klor

Klor udsendes i atmosfæren på en antropogen måde (via menneskelig aktivitet), hovedsageligt ved brug af CFC (klorfluorcarboner), som vi allerede har set ovenfor. De er gasformige syntetiske forbindelser, der er meget anvendte til fremstilling af spray og i ældre køleskabe og frysere.

Kvælstofoxider

Nogle naturlige udsendende kilder er mikrobielle transformationer og elektriske udladninger i atmosfæren (stråler). De genereres også af menneskeskabte kilder. Den vigtigste er afbrænding af fossile brændstoffer ved høje temperaturer. Af denne grund forekommer emissionen af ​​disse gasser i troposfæren, som er det lag af atmosfæren, hvor vi bor, men de føres let til stratosfæren gennem konvektionsmekanismen og kan derefter nå ozonlaget og nedbryde det.

En af metoderne til at undgå NO- og NO2-emissioner er brugen af ​​katalysatorer. Katalysatorerne til industrier og biler har den funktion, at de fremskynder kemiske reaktioner, der omdanner forurenende stoffer til produkter, der er mindre skadelige for menneskers sundhed og miljøet, inden de frigives i atmosfæren.

Brintoxider

Hovedkilden til HOx i stratosfæren er dannelsen af ​​OH fra fotolyse af ozon, som producerer ophidsede iltatomer, som reagerer med vanddampe.

Hul til ozonlag

ozonlag

Billede: NASA

I 1985 blev det konstateret, at der var en signifikant reduktion på ca. 50% i stratosfærisk ozon mellem september og november, hvilket svarer til forårstiden på den sydlige halvkugle. Ansvaret skyldtes klorens virkning fra CFC'er. Flere undersøgelser har vist, at processen har fundet sted siden 1979.

Det eneste hul i ozonlaget er placeret over Antarktis - andetsteds var der det langsomme og gradvise fald i ozonlaget.

Der er dog en stor aktuel tendens til at vende skader på ozonlaget på grund af de foranstaltninger, der blev vedtaget i Montreal-protokollen, som informeret af FN's udviklingsprogram (UNDP). Forventningen er, at laget i 2050 vil blive gendannet til niveauet før 1980.

Nysgerrighed: hvorfor kun på Sydpolen?

Forklaringen på hullet, der kun forekommer over Antarktis, kan gives af Sydpolens særlige forhold, såsom lave temperaturer og isolerede atmosfæriske cirkulationssystemer.

På grund af konvektionsstrømmene cirkulerer luftmasserne uafbrudt, men i Antarktis på grund af det faktum, at vinteren er ekstremt alvorlig, forekommer der ikke luftcirkulation, hvilket producerer konvektionskredse begrænset til området, der kaldes polar vortex eller vortex.

Se også denne korte video produceret af National Institute for Space Research (Inpe) om nedbrydning af ozonlaget af CFC'er:


Original text