ozón Problematika ztenčování ozónové vrstvy

Význam ozónu v atmosféře

Ozón je relativně nestabilní molekula tvořená třemi atomy kyslíku. Přesto, že se v atmosféře vyskytuje ve velmi malém množství, má velký význam pro živé organismy. V závislosti na tom, ve kterých částech atmosféry se ozón nachází může hrát pozitivní či negativní roli.
Ozón nacházející se ve stratosféře plní funkci „UV filtru“ - štítu, který brání pronikání škodlivého krátkovlnného UV záření k zemskému povrchu. Stratosférický ozón má pozitivní roli pro život na Zemi. Jeho úbytek má za následek pronikání UV záření k zemskému povrchu, které zde může u živých organismů způsobovat vyšší výskyt rakoviny kůže, oční choroby nebo oslabení imunitního systému.

Vedle toho se ozón vyskytuje také v dolní části atmosféry – v troposféře. Sem se ozón dostává jako produkt spalování fosilních paliv, především z automobilového provozu. Ozón v přízemní atmosféře působí škodlivě na živé organismy, poškozuje dýchací orgány živočichů i rostlin.

V případě stratosférického i troposférického ozónu závisí jeho množství na rovnováze procesů, které ozón produkují s procesy, které ho v atmosféře ničí. V poslední čtvrtině 20. století, bylo zjištěno, že právě stratosférického ozónu ubývá a naopak ozónu v troposféře přibývá. Koncentrace přízemního ozónu roste od roku 1970 v průměru o 1,2 procenta, stratosférického ozónu naopak ve stejném období ubývá o 0,6 procenta každým rokem.
Přirozené procesy v atmosféře, během kterých dochází k vytváření a zániku O3 a které udržovaly jeho více méně konstantní obsah, je možné popsat více jak stovkou chemických reakcí. Uvedenou rovnováhu však svoji činností v posledních letech narušuje člověk. Podle Harriese (1994) diskuse kolem problematiky úbytku ozónu, která se otevřela v polovině 80. let měla a má dvě významné konsekvence:

Přirozená rovnováha ozónu a procesy ve stratosféře

Stratosférický ozón vzniká působením UV záření. Paprsky UV záření naráží na molekuly kyslíku a rozbíjejí je na dva atomy kyslíku. Volné atomy kyslíku reagují s O2 a vytvářejí molekuly ozónu. Velké množství kyslíku v atmosféře tedy při této reakci téměř zcela pohlcuje škodlivé UV záření.
přirozený rozpad molekuly kyslíku

přirozený vznik ozónu

Také samotné molekuly ozónu pohlcují UV záření přičemž se opět dělí na molekulu kyslíku O2 a volný atom kyslíku O. Volný atom kyslíku se váže na další O2 a celý cyklus se uzavírá, přičemž je při něm pohlcováno podstatné množství UV záření a je přeměňováno na teplo.

Ozón i volné atomy kyslíku jsou značně nestabilní a snadno mohou reagovat s jinými prvky – dusíkem (N), vodíkem (H), chlórem (Cl) či brómem (B), které se do atmosféry běžně dostávají přirozenými procesy s povrchu oceánů i ze zemského povrchu. Koncentrace ozónu ve stratosféře prodělává přirozené změny v důsledku takových procesů jako jsou dlouhodobé změny v intenzitě slunečního záření či vulkanické procesy.

Ozón může být ze stratosféry odbouráván také katalýzou. Tzv. radikály (hydroxyl, oxidy dusíku či chlór) mohou reagovat s molekulou ozónu a odštěpit z ní atom kyslíku. Radikály s jedním atomem kyslíku mohou dále reagovat s dalším volným atomem kyslíku, přičemž vzniká molekula kyslíku a opět volný radikál, který může v novém cyklu odbourávat další molekuly ozónu.

Významnou roli v procesech kolísání mocnosti ozónové vrstvy hraje také cirkulace vzduchu nad polárními oblastmi v době polární noci. Zvláště nad Antarktidou se vytváří cirkumpolární vzdušný vír (vortex). Ten je téměř izolovaný od cirkulace nižších zeměpisných šířek a zabraňuje tak přísunu vzduchu s vyšším obsahem O3. Ozón se totiž nejintenzivněji vytváří v oblasti rovníku díky intenzivnímu slunečnímu záření. Až s postupným oteplováním v létě se tato uzavřená cirkulace nad Antarktidou narušuje a také dochází k rozpouštění stratosférických oblaků

Ztenčování ozónové vrstvy

Přirozená rovnováha mezi procesy vzniku a zániku stratosférického ozónu byla narušena lidskou činností. Úbytek stratosférického ozónu v důsledku působení například oxidů dusíku, které se do atmosféry dostávají z motorů letadel, byl poprvé pozorován na počátku 70-tých let. Úbytek ozónu ve stratosféře je však spojován především s produkcí tzv. fluorochlorouhlovodíků (FCC).

rozpad molekuly ozónu působením chlóru

uvolnění atomu chlóru

FCC jsou látky složené z fluóru, chlóru a uhlíku, které vytvářejí velmi stabilní molekuly a které v troposféře nereagují s jinými látkami. Pokud se ovšem tyto látky dostanou do stratosféry, právě UV záření rozrušuje jejich pevné vazby a uvolňuje z nich volné atomy chlóru. Tyto atomy chlóru potom reagují s molekulami ozónu na oxidy chlóru a molekulu kyslíku. Pro rovnováhu O 3 ve stratosféře by nebylo problémem, pokud by jeden atom Cl z FCC rozrušil pouze jednu molekulu O3. Oxid chlóru je však velmi snadno rozrušován volnými atomy kyslíku a při této reakci je uvolněn atom chlóru. Ten může ničit další molekulu O3 a celý cyklus se opakuje. Do roku 1996 vzrostla koncentrace sloučenin chlóru v atmosféře téměř šestinásobně.

Během posledních 15 lety byly odhaleny další procesy, související s úbytkem ozónu. Proces výrazného ztenčení ozónové vrstvy byl zaznamenán nejprve především v oblasti Antarktidy. Během zimních období, za nepřítomnosti slunečního záření se stratosféra nad jižním pólem značně ochlazuje až na teploty – 80 stupňů Celsia a formují se tzv. polární stratosférická oblaka složená z ledových krystalků a krystalků kyseliny dusičné. V průběhu polární noci se při nízkých teplotách na tyto látky vážou sloučeniny chlóru. Chlór, který se do stratosféry dostává, je vázaný v podobě stabilních sloučenin HCl či ClONO2 a shromažďuje se během zimního období v podobě tzv. rezervoárových plynů. K reakci nahromaděného chóru a významné destrukci ozónu nad polárními oblastmi potom dochází na povrchu ledových částic, které tvoří stratosférická oblaka působením UV záření na konci polární zimy a v jarních měsících. V posledních desetiletích je tento přirozený proces odbourávání ozónu významně zesilován dodatečným přísunem látek jako jsou fluorochlorouhlovodíky (FCC). Ztenčování ozónové vrstvy postihuje stále větší plochy a navíc se prodlužuje doba, po kterou je koncentrace ozónu výrazně nižší.

Odlišné přírodní podmínky nad Arktidou – především rozdělení souše a moře a ne tak intenzivní pokles teplot v době polární zimy způsobují, že ztenčování ozónové vrstvy nad Arktidou není tak intenzivní, přesto se tento problém týká i severních polárních oblastí. Také cirkulace nad Arktidou v době polární noci není tak izolovaná od cirkulace nižších šířek.

Že však problematika ozónové vrstvy není omezena pouze na oblasti Antarktidy potvrzují například závěry programu EASOE, který potvrdil snižování obsahu ozónu ve stratosféře severních polárních oblastí v průběhu 90. let 20. století o 10 až 20 procent. Také podle měření NASA byl po roce 1982 zaznamenán osmi procentní úbytek ozónu ve středních šířkách severní polokoule.

Arktida - úbytek ozónu

Uvedený obrázek prezentuje úbytek celkového množství O3 v oblasti Arktidy. Snímek porovnává měření spektrometrem TOMS z počátku 80-tých let a ze zimního období 2000/2001. Modré oblasti na uvedeném snímku mapují plochu s úbytkem O3. K významnému úbytku ozónu v uvedeném zimním období napomohly extrémně nízké teploty vzduchu a zformování polárních stratosférických oblaků výrazně dříve než v jiných letech

Ozónová díra a její možné následky

Výrazný pokles koncentrace stratosférického ozónu zvláště nad Antarktidou je označován jako ozónová díra. Jako ozónová díra se označuje pokles koncentrace O3 o 50 až 50 % trvající po dobu 6-8 týdnů. Rozsah ozónové díry nad Antarktidou dosahuje zvláště v září a v říjnu více jak 20 miliónů km 2 a za dobu pozorování se její rozsah rozšířil na dvojnásobek velikosti Antarktické pevniny.

Protože volné atomy chlóru mohou být ze stratosféry vymývány např. po reakci s plyny jako je metan (CH4) v podobě HCl dešťovými srážkami, kdyby se do atmosféry nedostávaly další FCC, proces přirozené rovnováhy ozónu by se po čase obnovil.
Bylo prokázáno, že ztenčování ozónové vrstvy a intenzivnější pronikání UV záření k zemskému povrchu může způsobovat vyšší výskyt rakoviny kůže, očních chorob, nížení odolnosti lidí vůči nákazám. Může mít negativní vlivy i na životní prostředí – na výnosy zemědělských plodin, na rozvoj fytoplanktonu v mořích, může ovlivňovat i dědičné vlohy rostlin a živočichů.

ozónová díra

Na sérii snímků je zřejmé ubývání celkového množství stratosférického ozónu nad Antarktidou během období 1979 až 1999 naměřené spektrometrem TOMS. Rozsah ozónové díry dosáhl svého maxima na počátku září 2000 a to (28,3 miliónů km2). Antarktická ozónová díra se vyvíjí každoročně v době od konce srpna do začátku října, kdy nabývá maximální intenzity a rozsahu. Celkové množství ozónu klesá pod 150 DJ

Monitorování ozónové vrstvy metodami DPZ

Nepřímé měření množství stratosférického ozónu bylo na pozemních stanicích je prováděno již od dvacátých let minulého století a bylo založeno na měření intenzity pronikajícího UV záření. Šlo o měření nepřímá a bodová.

Měření ozónu v globálním měřítku za pomoci družic bylo započato v říjnu 1978. Družice NIMBUS 7 nesla na palubě přístroj, určený k měření celkového množství O3 v atmosféře. s názvem TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer). Jedná se o tzv. rozptyloměr, který měří rozptyl slunečního záření v atmosféře v několika intervalech spektra. Protože ozón absorbuje UV záření, potom vyšší obsah O3 v atmosféře způsobuje menší odraz UV záření na čidla detektorů.
Celkové množství ozónu je měřeno v tzv. Dobsonových jednotkách. Jedna jednotka představuje vrstvu ozónu o tloušťce 0,001 cm při teplotě 0 stupňů Celsia a za tlaku 1113, 25 hPa. Pokud v určitých oblastech klesne celkové množství ozónu pod 225 DJ, potom se hovoří o tzv. ozónové díře. Toto množství O 3 potom již nestačí zabránit škodlivým účinkům UV záření.

Množství ozónu ve stratosféře kolísá ve značně širokých mezích a to v rámci celé zeměkoule i v průběhu roku. Proto jsou nezbytná pravidelná měření v globálním měřítku využívající metod dálkového průzkumu.

Přístroj TOMS byl také od roku 1991 umístěn na ruské družici Meteor-3 a v roce 196 na japonské družici s názvem ADEOS-1. V současné době je možné celkové množství ozónu měřit za pomoci přístrojů umístěných na družici Terra, která je první ze série družic projektu EOS (Earth Observing System)

Význam zachování ozónové vrstvy pro další život na Zemi byl podtržen řadou mezinárodních úmluv, z nichž první byl tzv. Montrealský protokol z roku 1987. Limity týkající se omezení produkce látek narušujících ozónovou vrstvu byly dále zpřísněny úmluvami v roce 1990

Množství ozónu bude vbrzku možné studovat za pomoci dat z přístrojů QuickTOMS a Aura

Další informace o problematice stratosférického ozónu

http://toms.gsfc.nasa.gov/index.html

http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/20011016ozonelayer.html

birds

Návrat na hlavní stránku

Návrat na hlavní stránku tématu

Nahoru