Dziura Ozonawa

Jeszcze 20 lat temu niewielu ludzi słyszało o warstwie ozonowej. Obecnie, dzięki odkryciom naukowców, zdaliśmy sobie sprawę z jej znaczenia dla ochrony życia na Ziemi i z wynikającej stąd konieczności jej zachowania.

W wesołych miasteczkach można nieraz spotkać stanowisko ze zderzającymi się miniaturowymi samochodzikami. Unosi się tam często charakterystyczny, ostry zapach. To właśnie ozon – niebieskawy gaz o cząsteczkach zbudowanych z trzech atomów tlenu, a nie jak w przypadku „zwykłego” tlenu atmosferycznego – dwóch. Ozon powstaje m.in. w czasie wyładowań elektrycznych. W wesołym miasteczku samochodziki zasilane są prądem, który dociera do silnika za pośrednictwem długiego pręta przypominającego nieco tramwajowy pantograf. Zakończenie owego pręta, ślizgając się po znajdującej pod napięciem siatce rozpiętej nad samochodami, powoduje iskrzenie, które jest wynikiem niewielkich wyładowań elektrycznych. Produktem ubocznym tego zjawiska jest właśnie ozon.
Ozon znalazł liczne zastosowania – m.in. jako wybielacz oraz środek do odkażania wody i odświeżania powietrza. Jest też popularnym utleniaczem, czyli substancją posiadającą zdolność wchłaniania elektronów w reakcjach chemicznych. Ozon powstaje w niższych warstwach atmosfery, jako produkt procesów przemysłowych i spalania paliwa w samochodach. Zbyt duże ilości ozonu są niebezpieczne dla roślin i prawdopodobnie mają związek z niektórymi zaburzeniami oddychania.
Rozwój życia na naszej planecie byłby jednak niemożliwy bez tego gazu. Ziemia otoczona jest grubą warstwa ozonu, która zatrzymuje około 2/3 promieniowania ultrafioletowego (UV), emitowanego przez Słońce, przepuszczając tylko część, o odpowiedniej długości fali. Nadmiar promieniowania UV jest szkodliwy dla organizmów żywych, powoduje ścinanie się białka i obumieranie komórek. Z drugiej strony pewna ilość promieni ultrafioletowych jest niezbędna do wytwarzania witaminy D, koniecznej do budowy kośćca. Ozon ma więc duże znaczenie biologiczne, ponieważ reguluje dopływ promieniowania ultrafioletowego do powierzchni Ziemi.
Warstwa ozonowa znajduje się w stratosferze na wysokości od 15-55 km, maksymalną koncentracja gazu między 25 a 30 km. Nie jest to właściwie czysty ozon, a tylko powietrze o większej zawartości cząsteczek zbudowanych z trzech atomów tlenu. W warstwie ozonowej nieustannie dokonują się przemiany różnych form tlenu. Dwuatomowe cząsteczki (O2) ulegają rozbiciu na pojedyncze atomy, które z kolei łączą się z innymi dwuatomowymi cząsteczkami tlenu, tworząc molekuły ozonu (O3). Ozon rozpada się na dwuatomowe cząsteczki tlenu i pojedyncze atomy, a cały proces rozpoczyna się od nowa. Energia potrzebna do tych przeobrażeń pochodzi ze Słońca.

Promieniowanie ultrafioletowe
Już niewielkie dawki promieniowania ultrafioletowego powodują, że skóra produkuje brązowy barwnik o nazwie melanina, substancję ochronną, która daje efekt opalenizny. Większe dawki promieniowania ultrafioletowego, zwłaszcza UVB, mają prawdopodobnie wpływ na zwiększoną zachorowalność na raka skóry, kataraktę, która może prowadzić do ślepoty, oraz upośledzenie pracy układu odpornościowego organizmu. Promieniowanie ultrafioletowe niszczy też rośliny, w tym te uprawiane i spożywane przez człowieka. Jego nadmiar nie sprzyja również planktonowi, czyli drobnym organizmom roślinnym unoszącym się w morzach i oceanach. Plankton jest początkiem większości łańcuchów pokarmowych w oceanach, stąd zaburzenia obserwowane w jego środowisku mogą odbić się na całym ekosystemie.
Ilość ozonu w warstwie ozonowej zależy m.in. od temperatury, dlatego proporcja ta zmieniła się zależnie od pory dnia i roku. W ciągu ostatnich kilku milionów lat, aż do niedawna, jeśli pominąć te dobowe i sezonowe wahania, ilość ozonu utrzymywała się na mniej więcej stałym poziomie.
Od połowy lat 80 naukowcy zaczęli dokładniej przyglądać się warstwie ozonowej. Stwierdzili że, w ciągu kilku wiosennych tygodni w warstwie ozonowej nad Antarktydą pojawiła się „dziura”. Choć potocznie nazywane „dziurą”, w rzeczywistości zjawisko polegało to na przerzedzaniu i spłycaniu się warstwy ozonowej, w miarę jak malała w niej liczba cząstek ozonu. Ubytki w warstwie ozonowej spowodowały, że do powierzchni Ziemi docierała większa ilość promieniowania ultrafioletowego. Naukowcy przypuszczają, że proces ten rozpoczął się jeszcze w połowie lat 70.

Co szkodzi warstwie ozonowej?
W 1987 roku samoloty zdolne do lotów na bardzo dużych wysokościach pobrały próbki powietrza znad Antarktydy. Dzięki niej naukowcy dowiedzieli się, że za niszczenie warstwy ozonowej odpowiedzialne są przede wszystkim gazy znane jako freony. Po drugiej wojnie światowej znalazły one bardzo szerokie zastosowanie – m.in. w aerozolach, systemach chłodniczych lodówek i zamrażarek, w płynach do czyszczenia i jako środek porotwórczy przy produkcji tworzyw sztucznych. Cząsteczki freonów dostają się do niższych partii atmosfery, gdzie pod wpływem światła ulegają rozpadowi, przy czym jednak z produktów rozpadu jest chlor. Wchodzi on w reakcje chemiczne z ozonem i niejako zabiera tlenu z jego cząsteczki. W ten sposób ozon zmienia się w zwykły tlen, a nad Ziemią rośnie dziura ozonowa. Co gorsza, jeden atom chloru może zabić nawet 100 tys. Cząsteczek ozonu.

Dlaczego Antarktyda?
Wkrótce naukowcy odkryli, że dziura ozonowa pojawiła się również nad Arktyką. Na początku lat 90 zaobserwowano przerzedzenie się warstwy ozonowej również w szerokościach umiarkowanych – nad Europą i Ameryką Północną.
Dlaczego jednak ubytki w warstwie ozonowej obserwowano głównie nad Antarktydą? Szacuje się, że okresowo prawie połowa ozonu znika, by pojawić się kilka tygodni lub miesięcy później. Prawdopodobną przyczyną tego zjawiska jest struktura chmur. Zimą, przy niskiej temperaturze, kropelki wody budujące chmury zamieniają się w kryształki lodu. Na powierzchni tych kryształków mogą swobodnie osiadać cząsteczki freonów i uwalniać chlor, który wczesną wiosną ze zmożoną siłą atakuje cząsteczki ozonu.

Jak pozbyć się ozonu?
W 1987 roku 24 kraje podpisały w Montrealu protokół wzywający do redukcji zużycia freonów. Naukowcy pracowali intensywnie, by znaleźć mniej szkodliwe dla środowiska substraty tych substancji. Niestety, co najmniej kilka krajów, które podpisały porozumienie, nie wprowadziło w życie jego postanowień.
Na początku lat 90 zmieniono postanowienia tych umów. Obecnie ustalenia zakładają całkowite wyeliminowanie freonów. Zakaz objął również szkodliwe związki – np. bromek metylu. Nie wolno również produkować freonu z myślą o sprzedaży do krajów, które jeszcze nie podpisały porozumienia. Kraje uprzemysłowione uruchomiły specjalne fundusze, mające wspomóc państwa biedniejsze w dostosowaniu się do nowych wymogów. Poza tym niewiele można zrobić dla poprawy sytuacji, ponieważ mają bardzo długi okres rozpadu i pozostaną w atmosferze jeszcze przez co najmniej 100 lat.