Ozonske rupe: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
Nema sažetka uređivanja |
Ozonske rupe - nadopunio |
||
Redak 1:
{{stilska dorada}}
[[Datoteka:160658main2 OZONE large 350.png|mini|desno|300px|Slika najveće ozonske rupe nad Antarktikom ikad snimljena (rujan 2006.)]]
[[Datoteka:Ozone cycle.svg|mini|desno|300px|[[Chapmanov ozonski ciklus]]]]
[[Datoteka:TOMS Global Ozone 65N-65S.png|mini|desno|300px|Prosječna svjetska količina ozona]]
[[Datoteka:Nacreous_clouds_Antarctica.jpg|mini|desno|300px|Polarni stratosferski oblaci]]
[[Datoteka:Min ozone.jpg|mini|desno|300px|Najniže vrijednosti ozona, mjerene sa satelitom TOMS, svake godine u ozonskim rupama]]
Razaranje [[ozon]]a prestavlja dvije različite pojave, koje su primjećene kasnih 1970-tih, a to su smanjenje količine ozona u [[Ozonski omotač|ozonskom omotaču]], za otprilike 0,4 % godišnje i '''ozonske rupe''', pojava smanjenja [[stratosfera|stratosferskog]] ozona u listopadu, iznad [[Antartika|Antartike]]. Uzroci tih dviju pojava su slični, ljudske aktivnosti stvaraju povećanu koncentraciju [[klor]]a (Cl) i [[brom]]a (Br), posebno ispuštanjem [[Klorofluorougljici|klorofluorovodika]] ([[freon]]i) i [[Haloni|halona]]. Svaki atom Cl ili Br, može razbiti i preko 10 000 [[molekula]] ozona, prije nego što nestane iz stratosfere. <ref> [http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/part3.html] "Part III. The Science of the Ozone Hole", 2007.</ref> <ref> Andino Jean M.: [http://www.sciam.com/article.cfm?id=chlorofluorocarbons-cfcs] "Chlorofluorocarbons (CFCs) are heavier than air, so how do scientists suppose that these chemicals reach the altitude of the ozone layer to adversely affect it?", 1999. publisher=Sci. Am.
</ref>
==Chapmanov ozonski ciklus==
{{Glavni|Chapmanov ozonski ciklus}}
Chapmanov ozonski ciklus je postupak kojim se ozon stalno obnavlja u Zemljinoj stratosferi, pretvarajući [[Sunce|Sunčevo]] [[ultraljubičasto zračenje]] u [[toplina|toplinu]]. 1930. [[Engleska|engleski]] [[meteorologija|meteorolog]] Sudney Chapman je riješio taj kemijski postupak.
Ozon u stratosferi nastaje uglavnom djelovanjem ultraljubičastog zračenja sa Sunca (200 - 240 [[Metar|nm]]), koje reagira sa dvoatomnim [[kisik]]om O<sub>2</sub>. [[Molekula|Molekule]] ozona koje su stvorene na taj način, upijaju ultraljubičasto zračenje sa Sunca [[Valna duljina|valnih duljina]] između 240 i 310 nm, razbijajući triatomsku molekulu ozona u dvoatomnu molekulu kisika i jedan slobodni atom kisika. Ako se susretnu molekula ozona i atom kisika, oni u kemijskoj reakciji stvaraju dvije molekule dvoatomnog kisika:
:O + O<sub>3</sub> → 2 O<sub>2</sub>
Neki slobodni radikali, kao što su [[hidroksil]] (OH), [[dušikovi oksidi|dušikov monoksid]] (NO), atomi [[klor]]a (Cl) i [[brom]]a (Br), djeluju kao [[katalizator]]i u [[Kemijska reakcija|kemijskim reakcijama]] ozona, stvarajući ozonski sloj tanjim i stvarajući ozonske rupe, što se ne bi dešavalo da nema tih katalizatora. Većina OH i NO je prirodno prisutno u stratosferi, dok ljudske aktivnosti stvaraju povećanu koncentraciju Cl i Br, posebno ispuštanjem klorofluorovodika (freoni) i halona. Svaki atom Cl ili Br, može razbiti i preko 10 000 molekula ozona, prije nego što nestane iz stratosfere.
:CFCl<sub>3</sub> + hν ([[foton]]) → CFCl<sub>2</sub> + Cl
Atomi Cl i Br mogu razarati ozon na različite načine, ali najčešće je:
:Cl + O<sub>3</sub> → ClO + O<sub>2</sub>
:ClO + O<sub>3</sub> → Cl + 2 O<sub>2</sub>
Djelovanjem tog procesa smanjuje se količina ozona u stratosferi. Otkriven je i čitav niz drugih kemijskih procesa koji razaraju ozon. Atom broma još i više razara ozon od klora, samo ga ima u manjoj količini u stratosferi. <ref> Newman Paul A.:, chapter=Chapter 5: "Stratospheric Photochemistry Section 4.2.8 ClX catalytic reactions" [http://www.ccpo.odu.edu/SEES/ozone/class/Chap_5/index.htm], publisher=NASA Goddard Space Flight Center Atmospheric Chemistry and Dynamics Branch, 2011.</ref> <ref> [http://www.eoearth.org/article/] "Stratospheric_Ozone_Depletion_by_Chlorofluorocarbons_(Nobel_Lecture)", Encyclopedia of Earth, publisher=Eoearth.org, 2011.</ref>
==Otkriće ozonske rupe==
Nakon godina zabrinutosti zbog povećanja [[troposfera|troposferskog]] ozona u gradskim područjima, čovjek je 1985. ostao zapanjen drugim problemom: smanjenjem ozona, ali u [[stratosfera|stratosferi]]. Sredinom 80-ih godina znanstvenici su došli do neočekivanog otkrića. Nakon što je niz godina mjerio koncentraciju ozona na [[Antarktika|antarktičkoj]] stanici Halley Bay, [[Ujedinjeno Kraljevstvo|britanski]] je tim stručnjaka utvrdio konstantno smanjenje ozona u stupcu [[zrak]]a, još od 1968. godine. Prije 1968. izmjerene su dnevne vrijednosti veće od 300 DU, a 1984. manje od 200 DU (DU = [[Dobsonova jedinica]]).
Ti su rezultati objavljeni 1985. godine. Ponukali su [[Sjedinjene Američke Države|američke]] znanstvenike da još jednom provjere svoje podatke o količini ozona. Naime, [[NASA]] je lansirala satelit "Nimbus 7" sa zadaćom istraživanja prirodnih bogatstava Zemlje. Uz ostalo, taj je satelit nekoliko puta dnevno mjerio i količinu ozona. Iako su zabilježene niske vrijednosti, nije im se posvećivala pozornost. Naime, sistem za obradu podataka je bio programiran tako da ne uzima u obzir vrijednosti za koje se smatralo da su nerealno niske. <ref> Sparling Brien: [http://www.nas.nasa.gov/About/Education/Ozone/antarctic.html] "Antarctic Ozone Hole", publisher=NASA Advanced Supercomputing Department, 2001.</ref>
Kad je to ograničenje programa uklonjeno, rezultati su se slagali s britanskim: koncentracija ozona se smanjuje, tj. ozonski je sloj prorijeđen. Prorjeđenje ili stanjenje ozonskog sloja dobilo je naziv '''ozonska rupa'''. Pojava se javlja nad Antarktikom u proljeće, s maksimumom u listopadu. Slična je rupa utvrđena i iznad [[Arktik]]a 1986. god., i to u veljači. Interesantno je da se u oba slučaja najveće stanjenje podudara s najnižom temperaturom pri površini. U početku se nije znalo objasniti otkuda potječe to prorjeđenje. NASA je u rujnu i listopadu 1986. i 1987. provela istraživanja [[zrakoplov]]ima. S početnom stanicom u [[Punta Arenas]]u, letovi su bili usmjereni prema Antarktiku, ne bi li se detaljno ispitala atmosfera i prikupili uzorci zraka.
Godinu i pol kasnije, na temelju terenskih i laboratorijskih istraživanja, utvrđeno je da je smanjenje ozona posljedica kemijske aktivnosti atoma [[klor]]a sadržanih u [[freon]]ima. Šezdesetih godina počeli su se koristiti sintetični spojevi sastavljeni od [[ugljik]]a, [[fluor]]a i [[klor]]a. Poznati su pod nazivima [[Klorofluorougljici|klorofluorougljici]] ili halokarboni, a trgovački im je naziv - freoni. Koristili su se u raspršivačima (sprejevima), proizvodnji nekih vrsta [[plastika|plastike]], uređajima za [[klimatizacija|klimatizaciju]] i [[Rashladna sredstva|rashladnim sistemima]]. U početku se njihova proizvodnja povećavala 10-15 % godišnje (jer su se brzo otkrivale nove mogućnosti primjene), a onda je usporena na 4 %. Freoni nisu kemijski aktivni u donjoj atmosferi, pa se izdižu sve do stratosfere, odnosno, do [[ozonski omotač|ozonskog omotača]]. Vrlo se sporo raspadaju i u atmosferi mogu nestati samo fotolizom u stratosferi, tj. [[Ultraljubičasto zračenje|UV zrake]] ih rastavljaju na sastavne atome. Oslobođeni atom klora reagira s molekulama ozona, pretvarajući ih nizom kemijskih reakcija u običan kisik.
Kasnije je otkriveno da slično djelovanje imaju [[dušikovi oksidi]]. Tako se smanjuje koncentracija ozona i pojačava intenzitet UV zraka. Računa se da 1 % smanjenja ozona pojačava UV zračenje za 2 %. Taj odnos, međutim, i nije baš tako jednostavan. Npr. u [[Švicarska|Švicarskim]] [[Alpe|Alpama]] je 1982.-1990. god. UV zračenje poraslo za 1% godišnje, a u [[Sjedinjene Američke Države|SAD]]-u se 1974.- 1985. smanjilo, jer na UV zračenje utječu i drugi faktori ([[Oblaci|naoblaka]], [[onečišćavanje zraka]], [[Vulkan|vulkanska prašina]]). Freoni su i izrazito učinkoviti [[staklenički plinovi]]. <ref> [http://www.sigmacentar.hr/broj5/strana4.html] "EKOLOGIJA - OZONSKE RUPE", Sigma centar, 2011.</ref>
==Kako nastaje ozonska rupa==
Već je od sredine 1970-tih godina bilo poznato da freoni i slični spojevi (npr. oni koji umjesto klora sadrže brom) mogu uništiti ozon. Na sličan način ozon razbijaju i spojevi NOx. (to je zajednički naziv za NO i NO2) koji potječu od mikrobioloških procesa u tlu i moru. Nakon otkrića ozonske rupe nad Antarktikom, te je postavke trebalo provjeriti na konkretnom primjeru, u velikom prirodnom laboratoriju.
Tek tada se pokazalo da ono što se događa nad Antarktikom ne odgovara scenariju koji je napisan u laboratorijima, tisuće kilometara daleko od Antarktika. Teoretski, klor oslobođen iz freona ne bi mogao uništavati ozon u tolikoj mjeri u kolikoj je ozon stvarno nestajao. Računalo se s tim da, iako atom klora može uspješno uništavati ozon, njegovo djelovanje može biti privremeno zaustavljeno ukoliko dospije u spojeve koji nisu kemijski aktivni. To je upravo ono što se događa s klorom oslobođenim iz freona. Kemijski neaktivni spojevi (npr. ClONO2, i HCl) zapravo mogu reagirati između sebe i proizvesti molekule klora (Cl2). Međutim, u plinovitoj fazi je taj proces toliko spor, da gotovo nema posljedica. Osim toga, molekula klora (Cl2) i tako nije opasna za ozon. Opasni su samo atomi klora, s neparnim brojem elektrona, a oni nastaju cijepanjem molekula uz pomoć Sunčeva zračenja valne duljine manje od 450 nm. Nakon toga je ustanovljeno da se spomenuta kemijska reakcija koja je u plinovitoj fazi vrlo spora, znatno brže odvija na površini ledenih čestica, a takvi su uvjeti najpotpunije zadovoljeni nad Antarktikom. Zapadno strujanje koje postoji u stratosferi, nad Antarktikom ima znatno smanjeni polumjer, pa se pretvara u tzv. polarni vrtlog. <ref> Toon Owen B., Turco Richard P.: "Polar Stratospheric Clouds and Ozone Depletion", 1991., journal=Scientific American, [http://www.atmos.washington.edu/~davidc/ATMS211/articles_optional/Toon_Turco91_ozone.pdf]</ref>
U polarnom vrtlogu nastaju oblaci ([[polarni stratosferski oblaci]]), u kojima je temperatura izuzetno niska, a sadrže zaleđenu [[Dušična kiselina|dušičnu kiselinu]] i [[voda|vodu]]. Na površini tih ledenih čestica vrlo brzo reagiraju (u drugačijim uvjetima slabo aktivni) spojevi što sadrže klor. Pritom se klor oslobađa (Cl<sub>2</sub>) kao [[plin]], a dušična kiselina ostaje zaleđena. Budući da se na nju vežu spojevi [[Dušikovi oksidi|NO<sub>x</sub>]], ozon ostaje zaštićen (NO<sub>x</sub> bi ga uništavali samo kao plinovi). Dakle, zimi je nad Antarktikom koncentracija ozona velika, jer ne postoji ništa što bi ga uništavalo: klor je u molekularnom stanju (Cl<sub>2</sub>), a NO<sub>x</sub> nisu u plinovitom stanju. Dolaskom proljeća "u igru" ulazi novi faktor: [[Sunčeva svjetlost|Sunčevo zračenje]]. Ono daje [[energija|energiju]] za cijepanje [[molekula]] klora na vrlo aktivne atome klora. Naglo oslobođeni aktivni klor (koji se je u obliku molekula nakupljao cijele zime) počinje uništavati molekule ozona. To se događa tako dugo dok se ne "isprazne zalihe" nagomilanog klora, što obično traje oko šest tjedana. <ref> Parson Robert: [http://www.faqs.org/faqs/ozone-depletion/antarctic] "Antarctic ozone-depletion FAQ, section 7", publisher=Faqs.org, 2011.</ref>
Ako u atmosferu posredstvom freona dospije više klora, onda se to razdoblje produži. Nakon toga, uspostavlja se prirodna ravnoteža izgradnje i razgradnje ozona. Zašto nad Antarktikom? Opisani procesi daju odgovor na mnoga pitanja koja su sve donedavno mučila znanstvenike. Nije bilo jasno zašto se ozonska rupa javlja baš nad Antarktikom. Izgleda da se uopće ne radi o tome da svi freoni atmosferskom cirkulacijom dospijevaju nad Antarktik, već su kemijske reakcije čiji je krajnji rezultat uništavanje ozona, moguće samo nad Antarktikom, zbog vrlo niske temperature. Kada bismo cijelu priču preselili na sjeverno polarno područje, ne bismo dobili jednak rezultat jer su uvjeti ipak drugačiji. [[Arktik]] je ocean, a Antarktik kopno, pa je temperatura nad Arktikom viša. Zato ozonska rupa nad [[Sjeverna polutka|sjevernom polutkom]] nije intenzivna. Još su manje mogućnosti njenog nastanka opisanim procesima u nižim geografskim širinama. Dakle, ozonska rupa nastaje nad Antarktikom stoga što tamo postoji '''polarni vrtlog''' s oblacima izuzetno niske temperature, a niska temperatura je potrebna da bi se oslobodio klor iz neaktivnih spojeva. Zašto u proljeće? Drugo pitanje bez jasnog odgovora odnosilo se je na sezonsku pojavu ozonske rupe. Sada je i to riješeno. <ref> [http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html] "Ozone Facts: What is the Ozone Hole?", publisher=NASA, 2009.</ref>
Zimi je klor u "bezopasnom" molekularnom stanju, a aktivan postaje početkom proljeća jer se tada javlja Sunčevo zračenje koje ga pretvara u aktivne atome. Nakon što se ti atomi potroše, nove molekule klora se neće stvarati sve do zime, jer nema ledenih čestica na kojima bi se odvijale kemijske reakcije koje stvaraju molekule klora. O povezanosti temperature i ozonske rupe govori podatak da je početkom 1990. godine izmjereno iznad [[Kiruna|Kirune]] ([[Švedska]]), na visini od 22 km, 25 % manje ozona od prosječne količine. To je smanjenje bilo u vremenu kada je temperatura u višim slojevima bila ispod -80° C. Višegodišnjim istraživanjima, nakon mnogih stranputica, čovjek je uspio objasniti barem dio nepoznatog. Zbog rješenja postanka ozonskih rupa, 1995. godine su [[Nobelova nagrada za kemiju|Nobelovu nagradu za kemiju]] dobili Paul Crutzen, Frank Sherwood Rowland i Mario Molina.
Budući da je glavnina stanovništva svijeta koncentrirana u [[Umjereni pojas|umjerenim geografskim širinama]], veliko je zanimanje za opasnost pojave ozonske rupe i nad tim područjima. Rezultati prvih ispitivanja te mogućnosti pokazali su da bi to bilo moguće, ali bi intentenzitet bio manji, a uzroci drugačiji od onih u polarnim područjima.
Zasad se pretpostavlja da bi stanjenje ozonskog sloja u nižim širinama moglo biti povezano sa sitnim sumpornim kapljicama koje se talože u najdonjem dijelu stratosfere, a možda su i zaleđene. Ako jesu, onda vežu spojeve NO<sub>x</sub> koji bi kao plinovi vezali atome klora u neaktivne spojeve. Oblaci koji sadrže kapljice [[sumporna kiselina|sumporne kiseline]] mogu potjecati od vulkanskih erupcija. Utvrđene su npr. ispitivanjima zrakoplovom u oblaku koji je nastao nakon erupcije [[vulkan]]a Mount Pinatubo ([[Filipini]]). Unatoč pretpostavkama, valja naglasiti da mogućnosti i uzroci pojave ozonskih rupa u nižim geografskim širinama još nisu istražene. <ref> [http://www.net.hr/search?q=stratosferski+ozon+globalni+problem&scope=web] "Stratosferski ozon - globalni problem", Geol.pmf.hr, 2011.</ref>
==Odgovor svjetske zajednice==
Nakon što je postalo jasno da freoni prorjeđuju ozonski sloj (iako se još nije znalo na koji način), 1987. godine je na međunarodnoj razini potpisan Montrealski protokol. Njime je propisano smanjenje proizvodnje nekih [[freon|freona]] (freon-11 i freon-12) za 50 % do 1998. godine. Ubrzo se vidjelo da takvo smanjenje ne bi bilo dovoljno, pa je [[Montrealski protokol]] pooštren dvjema revizijama: prva je potpisana u [[London]]u 1990., a druga u [[Kopenhagen]]u 1992. godine. Bude li se svijet pridržavao odredbi iz Kopenhagena, ozonska rupa nad Antarktikom nestala bi oko 2060. godine. <ref> "Summary for Policymakers" [http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/sroc/sroc_spm.pdf] publisher=Published for the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, 2005.</ref>
== Izvori ==
{{Reflist|3}}
[[Kategorija:Atmosfera]]
[[Kategorija:Zemlja]]
[[Kategorija:Ekologija]]
<!-- interwiki -->
[[ar:نضوب الأوزون]]
[[cs:Ozónová díra]]▼
[[bs:Ozonska rupa]]
[[ca:Forat de la capa d'ozó]]
[[cs:Ozonová díra]]
[[de:Ozonloch]]
[[en:Ozone depletion]]
[[et:Osooniauk]]
[[el:Τρύπα του όζοντος]]
[[
[[gu:ઓઝોન અવક્ષય]]
[[it:Buco nell'ozono]]
[[he:
[[kn:ಓಝೋನ್ ಪದರು ಸವಕಳಿ(ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಕುಂದು)]]
[[ka:ოზონის ხვრელი]]
[[hu:Az ózonréteg pusztulása]]
[[mk:Осиромашување на озонскиот слоj]]
[[nl:Ozongat]]
[[ja:オゾンホール]]
[[pl:Dziura ozonowa]]
[[pt:Depleção do ozônio]]
[[ru:Озоновая дыра]]▼
[[sl:Ozonska luknja]]
[[fi:Otsonikato]]
[[sv:Ozonhål]]
[[ta:ஓசோன் படை தேய்வின் விளைவுகள்]]
[[te:ఓజోన్ క్షీణత]]
[[uk:Озонова діра]]
[[vi:Sự suy giảm ôzôn]]
[[zh:臭氧层空洞]]
▲[[ru:Озоновая дыра]]
| |||