Ozónová díra je místní pokles koncentrace ozónu v ozónové vrstvě Země . Podle teorie obecně uznávané ve vědecké komunitě vedl ve druhé polovině 20. století stále se zvyšující vliv antropogenního faktoru v podobě uvolňování freonů obsahujících chlor a fluor k výraznému ztenčování ozonová vrstva, viz například zpráva Světové meteorologické organizace [1] :
Tyto a další nedávné vědecké poznatky posílily závěr předchozích hodnocení, že soubor vědeckých důkazů naznačuje, že pozorovaná ztráta ozonu ve středních a vysokých zeměpisných šířkách je způsobena hlavně antropogenními sloučeninami obsahujícími chlór a brom.
Původní text (anglicky)[ zobrazitskrýt] Tyto a další nedávné vědecké poznatky posilují závěr předchozího hodnocení, že váha vědeckých důkazů naznačuje, že pozorované ztráty ozonu ve střední a vysoké šířce jsou z velké části způsobeny antropogenními sloučeninami chloru a bromu.Pro určení hranic ozonové díry byla zvolena minimální hladina ozonu v atmosféře 220 Dobsonových jednotek .
Plocha ozónové díry nad Antarktidou činila v roce 2018 v průměru 22,8 milionů kilometrů čtverečních (v letech 2010-2017 se průměrné roční hodnoty pohybovaly od 17,4 do 25,6 milionů kilometrů čtverečních, v letech 2000-2009 - od 12,0 do 26,6 milionů čtverečních kilometrů, v letech 1990-1999 - z 18,8 na 25,9 milionů čtverečních kilometrů). [2]
Ozonová díra o průměru přes 1000 km byla poprvé objevena v roce 1985 na jižní polokouli nad Antarktidou skupinou britských vědců: J. Shanklin , J. Farman , B. Gardiner , který publikoval odpovídající článek v časopise Nature . Každý srpen se objevil a v prosinci až lednu přestal existovat. Na severní polokouli v Arktidě existují na podzim a v zimě četné miniozónové díry . Plocha takového otvoru nepřesahuje 2 miliony km², jeho životnost je až 7 dní [3] .
Během polárních nocí se ozón netvoří, protože ultrafialové záření neovlivňuje molekuly kyslíku. Molekuly ozonu, které mají velkou hmotnost, sestupují na zemský povrch a jsou zničeny, protože jsou za normálního tlaku nestabilní.
Rowland a Molina navrhli, že atomy chloru by mohly způsobit zničení velkého množství ozónu ve stratosféře . Jejich zjištění byla založena na podobné práci Paula Josepha Crutzena a Harolda Johnstonea, kteří prokázali, že oxid dusnatý (II) (NO) může urychlit poškozování ozónové vrstvy.
Kombinace faktorů vede ke snížení koncentrace ozonu v atmosféře, z nichž hlavním je odumírání molekul ozonu při reakcích s různými látkami antropogenního i přírodního původu, absence slunečního záření během polární zimy, zejména stabilní polární vír , který brání pronikání ozónu ze subpolárních šířek, a vznik polárních stratosférických oblaků (PSC), jejichž povrchové částice katalyzují reakce rozpadu ozonu. Tyto faktory jsou charakteristické zejména pro Antarktidu, v Arktidě je polární vír mnohem slabší kvůli chybějícímu kontinentálnímu povrchu, teplota je o několik stupňů vyšší než v Antarktidě a PSO jsou méně časté a mají také tendenci se lámat. až na začátku podzimu. Jelikož jsou molekuly ozonu reaktivní, mohou reagovat s mnoha anorganickými a organickými sloučeninami. Hlavními látkami přispívajícími k destrukci molekul ozonu jsou jednoduché látky ( vodík , atomy kyslíku , chlor , brom ), anorganické ( chlorovodík , oxid dusnatý ) a organické sloučeniny ( methan , fluorochlor a fluorobrom , které uvolňují atomy chloru a bromu ). Na rozdíl například od hydrofluorofreonů, které se rozkládají na atomy fluoru , které zase rychle reagují s vodou a tvoří stabilní fluorovodík . Fluor se tedy neúčastní reakcí rozpadu ozonu. Jód také neničí stratosférický ozón , protože organická hmota obsahující jód je téměř úplně spotřebována i v troposféře . Hlavní reakce, které přispívají k destrukci ozonu, jsou uvedeny v článku o ozonové vrstvě .
Oslabení ozonové vrstvy zvyšuje tok ultrafialového slunečního záření pronikajícího do vod oceánu, což vede ke zvýšení úmrtnosti mořských živočichů a rostlin [4] [5] .
Přestože lidstvo přijalo opatření k omezení emisí freonů obsahujících chlór a brom přechodem na jiné látky, jako jsou freony obsahující fluor [6] , proces obnovy ozonové vrstvy bude trvat několik desetiletí. Za prvé je to způsobeno obrovským množstvím freonů již nahromaděných v atmosféře , které mají životnost desítky a dokonce stovky let. S utahováním ozonové díry by se proto nemělo počítat dříve než v roce 2048. [7] Podle profesorky Susan Solomonové se mezi lety 2000 a 2015 ozónová díra nad Antarktidou zmenšila přibližně o velikost Indie. [8] Podle NASA byla v roce 2000 průměrná roční plocha ozonové díry nad Antarktidou 24,8 milionu km², v roce 2015 - 25,6 milionu km², v roce 2020 - 23,5 milionu metrů čtverečních. km [9] .
Existuje několik rozšířených mýtů o vzniku ozónových děr. Navzdory své nevědecké povaze se často objevují v médiích [10] - někdy z neznalosti, někdy podporováno konspiračními teoretiky . Některé z nich jsou uvedeny níže.
Systematická vědecká pozorování ozonové vrstvy Antarktidy se provádějí od 20. let 20. století, ale teprve v druhé polovině 70. let byl objeven vznik „stabilní“ antarktické ozonové díry a její rychlý rozvoj (nárůst v velikost a pokles průměrné koncentrace ozonu v hranicích díry ) v 80. a 90. letech 20. století vyvolaly panické obavy, že bod, z něhož není návratu v míře destruktivního antropogenního dopadu na ozonovou vrstvu, je již překročen.
Toto tvrzení platí pro střední a vysoké zeměpisné šířky. Ve zbytku je cyklus chlóru zodpovědný za pouze 15–25 % ztráty ozonu ve stratosféře. 80 % chloru je přitom antropogenního původu [11] (podrobněji o příspěvku různých cyklů viz článek ozonová vrstva ). To znamená, že lidský zásah značně zvyšuje příspěvek cyklu chlóru. A pokud by před vstupem Montrealského protokolu v platnost existovala tendence zvyšovat produkci freonů (10 % ročně), 30 až 50 % celkových ztrát ozonu v roce 2050 by připadalo na expozici freonům. [12] Před zásahem člověka byly procesy tvorby ozonu a jeho ničení v rovnováze. Ale freony emitované lidskou činností posunuly tuto rovnováhu směrem ke snížení koncentrace ozonu. Co se týče polárních ozonových děr, situace je úplně jiná. Mechanismus ničení ozonu se zásadně liší od vyšších zeměpisných šířek, klíčovou fází je přeměna neaktivních forem látek obsahujících halogen na oxidy, ke které dochází na povrchu částic polárních stratosférických oblaků. A v důsledku toho se při reakcích s halogeny zničí téměř veškerý ozón, chlor je zodpovědný za 40-50% a brom je asi 20-40%. [13]
Pozice společnosti DuPontSpolečnost DuPont se po zveřejnění údajů o účasti freonů na ničení stratosférického ozónu chopila této teorie nepřátelsky a utratila miliony dolarů na tiskovou kampaň na ochranu freonů. Předseda DuPont napsal v článku v Chemical Week ze 16. července 1975, že „teorie poškozování ozónové vrstvy je sci-fi; nesmysl, který nedává smysl“ [14] . Kromě společnosti DuPont vyráběla a vyrábí řada společností po celém světě různé druhy freonů bez odečtení licenčních poplatků [15] .
Někdy se tvrdí, že protože molekuly freonu jsou mnohem těžší než dusík a kyslík, nemohou dosáhnout stratosféry ve významných množstvích. Atmosférické plyny jsou však zcela smíchány a nejsou stratifikovány nebo tříděny podle hmotnosti. Odhady potřebné doby pro difúzní separaci plynů v atmosféře vyžadují doby v řádu tisíců let. V dynamické atmosféře to samozřejmě nejde. Procesy vertikálního přenosu hmoty, konvekce a turbulence zcela promíchají atmosféru pod turbopauzou mnohem rychleji. Proto jsou i tak těžké plyny, jako jsou inertní nebo freony , rovnoměrně distribuovány v atmosféře, včetně dosahování stratosféry . Experimentální měření jejich koncentrací v atmosféře to potvrzují ; Měření také ukazují, že plynům uvolněným na zemský povrch trvá asi pět let, než se dostanou do stratosféry, viz druhý graf vpravo. Pokud by se plyny v atmosféře nemísily, pak by tak těžké plyny z jejího složení jako argon a oxid uhličitý vytvořily na zemském povrchu vrstvu o tloušťce několika desítek metrů, která by učinila zemský povrch neobyvatelným. Ale není. Jak krypton s atomovou hmotností 84, tak helium s atomovou hmotností 4 mají stejnou relativní koncentraci, která je blízko povrchu, což je až 100 km na výšku. Vše výše uvedené samozřejmě platí pouze pro plyny, které jsou relativně stabilní, jako jsou freony nebo inertní plyny. Látky, které vstupují do reakcí a jsou také vystaveny různým fyzikálním vlivům, řekněme se rozpouštějí ve vodě, mají závislost koncentrace na výšce.
Existuje názor, že přírodní zdroje halogenů , jako jsou sopky nebo oceány , jsou pro proces poškozování ozónové vrstvy významnější než ty, které produkuje člověk. Přírodní halogeny se však do stratosféry obecně nedostanou, protože jsou rozpustné ve vodě (hlavně chloridové ionty a chlorovodík) a vyplavují se z atmosféry a padají jako déšť na zem. Také přírodní sloučeniny jsou méně stabilní než freony, například methylchlorid má životnost v atmosféře jen asi rok, ve srovnání s desítkami a stovkami let u freonů. Proto je jejich příspěvek k destrukci stratosférického ozonu spíše malý. Dokonce i vzácná erupce hory Pinatubo v červnu 1991 způsobila pokles hladiny ozonu nikoli v důsledku uvolněných halogenů, ale v důsledku tvorby velké masy aerosolů kyseliny sírové, jejíž povrch katalyzoval reakce ničení ozonu. O tři roky později byla z atmosféry odstraněna téměř celá masa sopečných aerosolů. Sopečné erupce jsou tedy relativně krátkodobé faktory ovlivňující ozonovou vrstvu, na rozdíl od freonů, které mají životnost desítky a stovky let. [16]
Mnoho[ kdo? ] nechápou, proč ozonová díra vzniká v Antarktidě, když hlavní emise freonů se vyskytují na severní polokouli. Faktem je, že freony jsou dobře promíchány v troposféře a stratosféře . Vzhledem k jejich nízké reaktivitě se ve spodních vrstvách atmosféry prakticky nespotřebovávají a mají životnost několik let až desetiletí. Jelikož se jedná o vysoce těkavé molekulární sloučeniny, dostávají se do horních vrstev atmosféry relativně snadno. .
Samotná antarktická „ozónová díra“ neexistuje celoročně. Objevuje se koncem zimy - začátkem jara (srpen-září) a projevuje se znatelným poklesem průměrné koncentrace ozonu v rozsáhlé geografické oblasti. Důvody, proč ozonová díra v Antarktidě vzniká, souvisí se zvláštnostmi místního klimatu. Nízké teploty antarktické zimy vedou ke vzniku polárního víru. Vzduch uvnitř tohoto víru se pohybuje převážně po uzavřených drahách kolem jižního pólu a slabě se mísí se vzduchem z jiných zeměpisných šířek. V tomto okamžiku není polární oblast osvětlena Sluncem a při absenci ultrafialového záření se ozón netvoří a akumulovaný předtím je zničen (jak v důsledku interakcí s jinými látkami a částicemi, tak spontánně, protože molekuly ozonu jsou nestabilní). S příchodem polárního dne se množství ozónu postupně zvyšuje a opět dosahuje normální úrovně. To znamená, že kolísání koncentrace ozonu nad Antarktidou je sezónní.
Pokud však sledujeme dynamiku změn koncentrace ozonu a velikosti ozonové díry zprůměrované v průběhu každého roku za poslední desetiletí, pak existuje výrazný trend k poklesu průměrné koncentrace ozonu v obrovské geografické oblasti. .
Zdroje chlóru ve stratosféře
Dynamika změn velikosti ozonové díry a koncentrace ozonu v Antarktidě po letech
| Znečištění | |
|---|---|
| znečišťujících látek | |
| Znečištění ovzduší |
|
| Znečištění vody |
|
| Znečištění půdy | |
| Radiační ekologie |
|
| Jiné druhy znečištění | |
| Opatření k prevenci znečištění | |
| Mezistátní smlouvy | |
| viz také |
|