דע מה זה, מהם הגזים המשפיעים ומתי שכבת האוזון צריכה להתחדש

מהי שכבת האוזון? זו שאלה חשובה מאוד עבור כל מי שעוסק בבריאות כדור הארץ וכפועל יוצא משלנו. אבל כדי לענות על זה תחילה, עליך להבין כיצד פועלים כמה תהליכים בסיסיים באווירה.

אחת הבעיות הסביבתיות העיקריות הקשורות לכימיה וזיהום אוויר היא דלדול (או השפלה) של שכבת האוזון. בטח שמעתם על הנושא הזה. שכבת האוזון כשמה כן היא שכבה של האטמוספירה של כדור הארץ שיש בה ריכוזים גבוהים של אוזון (O3). הריכוז הגבוה ביותר נמצא בסטרטוספירה, במרחק של כ -20 עד 25 ק"מ משטח כדור הארץ. שיא הריכוזים הללו נמצא בקווי רוחב גבוהים (קטבים) והנמוך ביותר מופיע באזורים טרופיים (אם כי קצב ייצור ה- O3 גבוה יותר באזורים הטרופיים).

כפי שכבר נאמר במאמרנו "אוזון: נבל או בחור טוב?", גז זה יכול להיות חשוב ביותר וחיוני ביותר לחיים על פני כדור הארץ, כמו גם כמזהם רעיל ביותר. הכל תלוי בשכבה האטמוספרית בה הוא נמצא. בטרופוספירה הוא נבל. בסטרטוספירה, בחור טוב. בעניין זה אנו הולכים לדבר על אוזון סטרטוספירי, להצביע על תפקידיו, על חשיבותו, כיצד הוא מושפל וכיצד למנוע זאת.

פונקציות

אוזון סטרטוספרי (הבחור הטוב) אחראי על סינון קרינת השמש באורכי גל מסוימים (סופג את כל קרינת B האולטרה סגולה, המכונה UV-B וחלק מסוגי קרינה אחרים) המסוגלים לגרום לסוגים מסוימים של סרטן, בהיותם אחד הגרוע ביותר הוא מלנומה. כמו כן, יש לו את הפונקציה לשמור על חום כדור הארץ, ולמנוע את התפשטות כל החום הנפלט על פני כדור הארץ.

מהי שכבת האוזון?

שכבת האוזון, כאמור קודם, היא שכבה שמרכזת כ -90% ממולקולות ה- O3. שכבה זו חיונית לחיים עלי אדמות, מכיוון שהיא מגנה על כל היצורים החיים על ידי סינון קרינת שמש אולטרה סגולה מסוג B. האוזון מתנהג אחרת בהתאם לגובה בו הוא נמצא. בשנת 1930, פיזיקאי אנגלי בשם סידני צ'פמן תיאר את תהליכי ייצור והשפלה של האוזון הסטרטוספריים על בסיס ארבעה שלבים: פוטוליזת חמצן; ייצור אוזון; צריכת אוזון אני; צריכת אוזון II.

1. פוטוליזה של חמצן

קרינת השמש מגיעה למולקולת O2, ומפרידה בין שני האטומים שלה. כלומר, שלב ראשון זה משיג שני אטומי חמצן חופשיים (O) כמוצר.

2. ייצור אוזון

בשלב זה, כל אחד מהחמצן החופשי (O) המיוצר בפוטוליזה מגיב עם מולקולת O2 ומקבל מולקולות אוזון (O3) כתוצר. תגובה זו מתרחשת בעזרת אטום או מולקולת זרז, חומר המאפשר לתגובה להתרחש במהירות רבה יותר, אך מבלי לפעול באופן פעיל וללא קשירה לריאגנטים (O ו- O2) או למוצר (O3).

שלבים 3 ו -4 מדגימים כיצד ניתן להשפיל את האוזון בדרכים שונות:

3. צריכת אוזון I

ואז האוזון שנוצר בשלב הייצור מושפל שוב למולקולה אחת של O ואחת של O2 על ידי פעולת קרינת השמש (כאשר בנוכחות אורכי גל הנעים בין 400 ננומטר ל 600 ננומטר).

4. צריכת אוזון II

דרך נוספת להתפרקות האוזון (O3) היא על ידי תגובה עם אטומי חמצן חופשיים (O). באופן זה, כל אטומי החמצן הללו ישולבו מחדש, וייצרו שתי מולקולות חמצן (O2) כמוצר.

אבל אז, אם מייצרים ומושפלים אוזון, מה מתחזק את שכבת האוזון? כדי לענות על שאלה זו, עלינו לשקול שני גורמים חשובים: קצב ייצור / הרס של מולקולות (מהירות ייצורן והרסתן), וחייהם הממוצעים (זמן נדרש להפחתת ריכוז תרכובת כלשהי למחצית ריכוז ראשוני).

לגבי קצב הייצור / ההרס של המולקולות, נמצא כי שלבים 1 ו -4 הם איטיים יותר משלבים 2 ו- 3 של התהליך. עם זאת, מכיוון שהכל מתחיל בשלב פוטוליזת החמצן (שלב 1), אנו יכולים לומר שריכוז האוזון שייווצר תלוי בו. זה מסביר מדוע ריכוז ה- O3 יורד בגבהים מעל 25 ק"מ ובגבהים נמוכים יותר; בגבהים מעל 25 ק"מ, ריכוז ה- O2 פוחת. בשכבות אטמוספריות נמוכות יותר, שולטים אורכי גל ארוכים יותר, שיש להם פחות אנרגיה לפרק מולקולות חמצן, מה שמקטין את קצב הפוטוליזה שלהם.

למרות הגילוי הגדול של צעדים אלה, אם היינו רואים רק תהליכי הרס אלה, היינו מקבלים ערכי ריכוז O3 גבוהים פי שניים מאלה שנצפו במציאות. זה לא קורה מכיוון שבנוסף לצעדים שהוצגו, ישנם גם מחזורי דלדול אוזון לא טבעיים, הנגרמים על ידי חומרים מדלידי אוזון (SDO): מוצרים כמו הלון, פחמן טטרכלוריד (CTC), הידרוכלור פלואור פחמן (HCFC), כלורופלואור פחמן (CFC) ומתיל ברומיד (CH3Br). כאשר הם משוחררים לאטמוספרה, הם עוברים לסטרטוספירה, שם הם מתפרקים על ידי קרינת UV, ומשחררים אטומים נטולי כלור, אשר בתורם שוברים את קשר האוזון, ויוצרים כלור חד חמצני וגז חמצן. כלור חד חמצני שנוצר יגיב שוב עם האטומים נטולי החמצן,ויוצרים עוד אטומי כלור, שיגיבו עם חמצן וכן הלאה. ההערכה היא כי כל אטום כלור יכול לפרק כמאה אלף מולקולות אוזון בסטרטוספירה ובעל אורך חיים שימושי של 75 שנה, אך כבר הייתה מספיק פריקה להגיב כמעט 100 שנה עם אוזון. בנוסף לתגובות עם תחמוצות מימן (HOx) ותחמוצות חנקן (NOx) אשר מגיבות גם עם O3 סטרטוספירי, הורסות אותו, תורמות להידרדרות שכבת האוזון.בנוסף לתגובות עם תחמוצות מימן (HOx) ותחמוצות חנקן (NOx) אשר מגיבות גם עם O3 סטרטוספירי, הורסות אותו, תורמות להידרדרות שכבת האוזון.בנוסף לתגובות עם תחמוצות מימן (HOx) ותחמוצות חנקן (NOx) אשר מגיבות גם עם O3 סטרטוספירי, הורסות אותו, תורמות להידרדרות שכבת האוזון.

התרשים שלהלן מציג את היסטוריית הצריכה של SDO בברזיל:

היכן נמצאים חומרים הוצאת אוזון וכיצד להימנע מהם?

CFCs

כלורופלואור פחמנים הם תרכובות שנוצרו על ידי כלור, פלואור ופחמן, אשר יושמו באופן נרחב בכמה תהליכים - העיקריים שבהם מפורטים להלן:

• CFC-11: משמש לייצור קצף פוליאוריטן כחומר מתרחב, בתרסיסים ותרופות כמניע, בקירור ביתי, מסחרי ותעשייתי כנוזל;
• CFC-12: מיושם בכל התהליכים בהם נעשה שימוש ב- CFC-11 וגם בתערובת עם תחמוצת אתילן, כמעקר;
• CFC-113: משמש באלמנטים אלקטרוניים מדויקים, כממיסים לניקוי;
• CFC-114: משמש בתרסיסים ותרופות כמניע;
• CFC-115: משמש כנוזל בקירור מסחרי.

לפי הערכות, תרכובות אלה מזיקות פי 15,000 לשכבת האוזון מאשר CO2 (פחמן דו חמצני).

בשנת 1985 אושררה אמנת וינה להגנת שכבת האוזון ב -28 מדינות. בהבטחות לשיתוף פעולה במחקר, פיקוח וייצור CFC, האמנה הציגה את הרעיון להתמודד עם בעיה סביבתית ברמה העולמית לפני שהורגש או הוכח מדעית את השפעותיה. מסיבה זו, אמנת וינה נחשבת לאחת הדוגמאות הגדולות ביותר ליישום עקרון הזהירות במשא ומתן בינלאומי גדול.

בשנת 1987, קבוצה של 150 מדענים מארבע מדינות נסעה לאנטארקטיקה ואישרה כי ריכוז הכלור החד חמצני היה גבוה פי מאה באזור זה מאשר בכל מקום אחר על פני כדור הארץ. ואז, ב- 16 בספטמבר אותה שנה, פרוטוקול מונטריאול קבע את הצורך באיסור הדרגתי על CFC והחלפתם בגזים שאינם מזיקים לשכבת האוזון. הודות לפרוטוקול זה, 16 בספטמבר נחשב ליום העולמי להגנת שכבת האוזון.

אמנת וינה להגנת שכבת האוזון ופרוטוקול מונטריאול אושררו בברזיל ב- 19 במרץ 1990, והוכרזה במדינה ב- 6 ביוני אותה שנה, על פי צו מס '99,280.

בברזיל הופסק השימוש ב- CFC לחלוטין בשנת 2010, כפי שמוצג בתרשים שלהלן:

HCFCs

הידרוכלור-פלואורו-פחמנים הם חומרים מלאכותיים המיובאים לברזיל, בתחילה בכמויות קטנות. עם זאת, בשל האיסור על CFC, השימוש נמצא במגמת עלייה. היישומים העיקריים הם:

מגזר ייצור

• HCFC-22: מיזוג אוויר וקירור קצף;
• HCFC-123: מטפים;
• HCFC-141b: קצף, ממיסים ואירוסולים;
• HCFC-142b: קצף.

מגזר שירות

• HCFC-22: קירור מיזוג אוויר;
• HCFC-123: מכונות קירור ( צ'ילרים );
• HCFC-141b: ניקוי מעגלים חשמליים;
• תערובות HCFC: מקררי מיזוג אוויר.

על פי המשרד לאיכות הסביבה (MMA), ההערכה היא כי עד שנת 2040 תוסר הצריכה של HCFC בברזיל. הגרף שלהלן מציג את ההתפתחות בשימוש ב- HCFC:

מתיל ברומיד

זוהי תרכובת אורגנית הלוגנית שהיא, בלחץ, היא גז נוזלי, ועשויה להיות מקור טבעי או סינתטי. מתיל ברומיד רעיל מאוד וקטלני ליצורים חיים. נעשה בו שימוש נרחב בחקלאות ובהגנה על סחורות מאוחסנות ולחיטוי טנקים וטחנות.

כמויות היבוא של מתיל ברומיד הוקפאו בברזיל מאז אמצע שנות התשעים. בשנת 2005 צמצמה המדינה את היבוא ב -30%.

הטבלה שלהלן מציגה את לוח הזמנים שקבעה ברזיל לחיסול השימוש במתיל ברומיד:

על פי ה- MMA, השימוש במתיל ברומיד מורשה רק לטיפולי הסגר וקדם משלוח ששמורים ליבוא ויצוא.

להלן, הגרף מראה את ההיסטוריה של צריכת מתיל ברומיד בברזיל:

הלונים

חומר ההלון מיוצר באופן מלאכותי ומיובא על ידי ברזיל. הוא מורכב מברום, כלור או פלואור ופחמן. חומר זה היה בשימוש נרחב במטפים לכל סוגי האש. על פי פרוטוקול מונטריאול, בשנת 2002 יתאפשר ייבוא ​​חלון הקשור לממוצע היבוא הברזילאי בין השנים 1995 ל -1997, מה שיוריד ב -50% בשנת 2005 ובשנת 2010 ייבוא ​​לחלוטין היבוא. עם זאת, החלטת קונמה מספר 267, מ- 14 בדצמבר 2000, הרחיקה לכת עוד יותר, ואסרה על ייבוא ​​של הלונים חדשים משנת 2001, עם אפשרות לייבא רק הלונים מחודשים, מכיוון שהם אינם חלק מתזמון חיסול הפרוטוקול.

Halon-1211 ו- Halon-1301 משמשים בעיקר לחיסול שריפות ימיות, בניווט אווירי, על ספינות נפט ופלטפורמות הפקת נפט, באוספים תרבותיים ואמנותיים ובתחנות כוח וכוח גרעיני, בנוסף לשימוש צבאי. במקרים אלה השימוש מותר בשל יעילותו בכיבוי שריפות ללא השארת שאריות וללא פגיעה במערכות.

על פי הגרף שלמטה, ברזיל כבר ביטלה את צריכת ההלונים.

כְּלוֹר

כלור נפלט לאטמוספרה באופן אנתרופוגני (באמצעות פעילות אנושית), בעיקר באמצעות CFC (כלורופלואור פחמנים), שכבר ראינו לעיל. הם תרכובות סינתטיות גזיות, הנמצאות בשימוש נרחב בייצור תרסיסים ובמקררים ומקפיאים ישנים יותר.

תחמוצות חנקן

חלק ממקורות הפליטה הטבעיים הם טרנספורמציות מיקרוביאליות והפרשות חשמל באטמוספירה (קרניים). הם נוצרים גם על ידי מקורות אנתרופוגניים. העיקרית שבהן היא שריפת דלקים מאובנים בטמפרטורות גבוהות. מסיבה זו, פליטת הגזים הללו מתרחשת בטרופוספירה, שהיא שכבת האטמוספירה בה אנו חיים, אך הם מועברים בקלות לסטרטוספירה דרך מנגנון ההסעה, שיכול להגיע לאחר מכן לשכבת האוזון, ומשפיל אותה.

אחת השיטות למניעת פליטת NO ו- NO2 היא שימוש בזרזים. הזרזים של תעשיות ומכוניות מתפקידים להאיץ תגובות כימיות שהופכות מזהמים למוצרים שפוגעים פחות בבריאות האדם ובסביבה, לפני שהם משוחררים לאטמוספרה.

תחמוצות מימן

המקור העיקרי ל- HOx בסטרטוספירה הוא היווצרות OH מפוטוליזה של אוזון, המייצרת אטומי חמצן נרגשים, המגיבים באדי מים.

חור בשכבת האוזון

תמונה: נאס"א

בשנת 1985 נמצא כי חלה ירידה משמעותית של כ- 50% באוזון הסטרטוספרי בין ספטמבר לנובמבר, התואמת את תקופת האביב בחצי הכדור הדרומי. האחריות יוחסה לפעולה של כלור מ- CFC. מספר מחקרים הראו כי התהליך מתרחש מאז 1979.

החור היחיד בשכבת האוזון נמצא מעל אנטארקטיקה - במקום אחר, מה שקרה היה הירידה האיטית והדרגתית בשכבת האוזון.

עם זאת, קיימת מגמה גדולה כיום של היפוך הנזק לשכבת האוזון, בשל הצעדים שננקטו בפרוטוקול מונטריאול, כפי שהודעה על ידי תוכנית הפיתוח של האו"ם (UNDP). הציפייה היא שעד 2050 השכבה תשוחזר לרמות שלפני 1980.

סקרנות: למה רק בקוטב הדרומי?

ההסבר לחור המתרחש רק מעל אנטארקטיקה יכול להינתן על ידי התנאים המיוחדים של הקוטב הדרומי, כגון טמפרטורות נמוכות ומערכות מחזור אטמוספרי מבודדות.

בשל זרמי ההסעה מסתות האוויר מסתובבת ללא הפרעה, אך באנטארקטיקה בשל העובדה שהחורף שלה קשה ביותר, זרימת האוויר אינה מתרחשת, ומייצרת מעגלי הסעה המוגבלים לאזור, הנקראים מערבולת קוטב או מערבולת.

ראה גם סרטון קצר זה שהופק על ידי המכון הלאומי לחקר החלל (אינפה) על השפלה של שכבת האוזון על ידי CFC:

Original text

Contribute a better translation

---