lovesouthernsocial.com

Aflați ce este, ce gaze impactează și când trebuie să se regenereze stratul de ozon

Ce este stratul de ozon? Aceasta este o întrebare foarte importantă pentru oricine este preocupat de sănătatea planetei Pământ și, în consecință, a noastră. Dar pentru a răspunde, mai întâi trebuie să înțelegeți cum funcționează unele procese de bază din atmosferă.

Una dintre principalele probleme de mediu asociate cu chimia și poluarea aerului este epuizarea (sau degradarea) stratului de ozon. Cu siguranță ați auzit deja de acest subiect. Stratul de ozon, după cum sugerează și numele, este un strat al atmosferei Pământului care are concentrații mari de ozon (O3). Cea mai mare concentrație este situată în stratosferă, la aproximativ 20 km până la 25 km distanță de suprafața Pământului. Aceste concentrații atinge vârful la latitudini mari (poli), iar cele mai scăzute apar în regiunile tropicale (deși rata producției de O3 este mai mare la tropice).

După cum sa menționat deja în articolul nostru „Ozon: tip rău sau om bun?”, acest gaz poate fi atât extrem de important, cât și esențial pentru viața pe Pământ, ca poluant extrem de toxic. Totul depinde de stratul atmosferic în care se află. În troposferă, el este un răufăcător. În stratosferă, un tip bun. În acest articol, vom vorbi despre ozonul stratosferic, subliniind funcțiile sale, importanța sa, modul în care a fost degradat și cum să împiedicăm acest lucru să se întâmple în continuare.

Roluri

Ozonul stratosferic (omul bun) este responsabil de filtrarea radiațiilor solare la anumite lungimi de undă (absoarbe toate radiațiile ultraviolete B, numite UV-B și o parte din alte tipuri de radiații) capabile să provoace anumite tipuri de cancer, fiind unul dintre cele mai grave. melanom. Are si functia de a mentine Pamantul cald, impiedicand disiparea intregii caldura emisa pe suprafata planetei.

Ce este stratul de ozon?

Stratul de ozon, așa cum am menționat mai devreme, este un strat care concentrează aproximativ 90% din moleculele de O3. Acest strat este esențial pentru viața pe pământ, deoarece protejează toate ființele vii prin filtrarea radiațiilor solare ultraviolete de tip B. Ozonul se comportă diferit în funcție de altitudinea sa. În 1930, un fizician englez pe nume Sydnei Chapman a descris procesele de producere și degradare a ozonului stratosferic pe baza a patru etape: fotoliza oxigenului; producerea de ozon; consumul de ozon I; consumul de ozon II .

1. Fotoliza oxigenului

Radiația solară lovește o moleculă de O2, separându-i cei doi atomi. Cu alte cuvinte, acest prim pas obține doi atomi de oxigen liber (O) ca produs.

2. Producția de ozon

În această etapă, fiecare dintre oxigenii liberi (O) produși în fotoliză reacționează cu o moleculă de O2, obținând molecule de ozon (O3) ca produs. Această reacție are loc cu ajutorul unui atom sau moleculă de catalizator, substanță care permite reacției să aibă loc mai rapid, dar fără a acționa activ și fără a se lega de reactanții (O și O2) sau de produs (O3).

Pașii 3 și 4 demonstrează cum ozonul poate fi degradat în diferite moduri:

3. Consumul de ozon I

Ozonul format în etapa de producție este apoi degradat din nou într-o moleculă de O și o moleculă de O2 prin acțiunea radiației solare (când este în prezența lungimii de undă cuprinse între 400 nanometri și 600 nanometri).

4. Consumul de ozon II

Un alt mod în care ozonul (O3) este degradat este prin reacția cu atomii liberi de oxigen (O). În acest fel, toți acești atomi de oxigen se vor recombina, generând două molecule de oxigen (O2) ca produs.

Dar atunci, dacă ozonul este produs și degradat, ce menține stratul de ozon? Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să luăm în considerare doi factori importanți: rata de producție/distrugere a moleculelor (viteza cu care sunt produse și distruse) și durata lor medie de viață (timpul necesar pentru a reduce concentrația oricărui compus la jumătate din cea inițială). concentraţie).

În ceea ce privește viteza de producere/distrugere a moleculelor, s-a constatat că etapele 1 și 4 sunt mai lente decât etapele 2 și 3 ale procesului. Totuși, întrucât totul începe în etapa de fotoliză a oxigenului (pasul 1), putem spune că concentrația de ozon care urmează să fie generată depinde de aceasta. Aceasta explică apoi de ce concentrația de O3 scade la altitudini de peste 25 km și la altitudini mai mici; la altitudini de peste 25 km concentraţia de O2 scade. În straturile atmosferice inferioare predomină lungimile de undă mai mari, care au mai puțină energie pentru a descompune moleculele de oxigen, reducându-le rata de fotoliză.

În ciuda marii descoperiri a acestor pași, dacă ar fi să luăm în considerare doar aceste procese de distrugere, am obține valori ale concentrației de O3 de două ori mai mari decât cele observate în realitate. Acest lucru nu se întâmplă deoarece, pe lângă pașii indicați, există și cicluri nenaturale de epuizare a stratului de ozon, cauzate de substanțele care diminuează stratul de ozon (ODS): produse precum halon, tetraclorură de carbon (CTC), hidroclorofluorocarburi (HCFC), clorofluorocarburi (CFC). ) și bromură de metil (CH3Br). Când sunt eliberați în atmosferă, se deplasează în stratosferă, unde sunt descompuse de radiațiile UV, eliberând atomi de clor liber, care la rândul lor rup legătura de ozon, formând monoxid de clor și oxigen gazos. Monoxidul de clor format va reacționa din nou cu atomii de oxigen liberi, formând mai mulți atomi de clor, care vor reacționa cu oxigenul și așa mai departe. Se estimează că fiecare atom de clor poate descompune aproximativ 100.000 de molecule de ozon în stratosferă și are o durată de valabilitate de 75 de ani, dar a existat deja suficientă descărcare pentru a reacționa timp de aproape 100 de ani cu ozonul. Pe lângă reacțiile cu oxizi de hidrogen (HOx) și oxizi de azot (NOx), care reacționează și cu O3 stratosferic, distrugându-l, contribuind la degradarea stratului de ozon.

Graficul de mai jos arată istoricul consumului de ODS în Brazilia:

Unde sunt substanțele care epuizează stratul de ozon și cum să le evităm?

CFC-uri

Clorofluorocarburile sunt compuși sintetizați formați din clor, fluor și carbon, care au fost aplicați pe scară largă în mai multe procese - principalele sunt enumerate mai jos:

• CFC-11: utilizat la fabricarea spumei poliuretanice ca agent de expansiune, în aerosoli și medicamente ca propulsor, în refrigerarea casnică, comercială și industrială ca fluid;
• CFC-12: aplicat în toate procesele în care a fost utilizat CFC-11 și, de asemenea, amestecat cu oxid de etilenă ca sterilizator;
• CFC-113: utilizat în elementele electronice de precizie, cum ar fi solvenții de curățare;
• CFC-114: utilizat în aerosoli și medicamente ca propulsor;
• CFC-115: utilizat ca fluid în refrigerarea comercială.

Se estimează că acești compuși sunt de aproximativ 15 mii de ori mai nocivi pentru stratul de ozon decât CO2 (dioxid de carbon).

În 1985, Convenția de la Viena pentru protecția stratului de ozon a fost ratificată în 28 de țări. Cu promisiuni de cooperare în cercetare, monitorizare și producție de CFC, convenția a prezentat ideea de a face față unei probleme de mediu la nivel global înainte ca efectele acesteia să fie simțite sau dovedite științific. Din acest motiv, Convenția de la Viena este considerată unul dintre cele mai mari exemple de aplicare a principiului precauției în negocierile internaționale majore.

În 1987, un grup de 150 de oameni de știință din patru țări au mers în Antarctica și au confirmat că concentrația de monoxid de clor era de aproximativ o sută de ori mai mare în acea regiune decât oriunde altundeva de pe planetă. Apoi, pe 16 septembrie a aceluiași an, Protocolul de la Montreal a stabilit necesitatea interzicerii treptate a CFC-urilor și a înlocuirii acestora cu gaze care nu sunt dăunătoare stratului de ozon. Datorită acestui protocol, 16 septembrie este considerată Ziua Mondială pentru Protecția Stratului de Ozon.

Convenția de la Viena pentru Protecția Stratului de Ozon și Protocolul de la Montreal au fost ratificate în Brazilia la 19 martie 1990, fiind promulgate în țară la 6 iunie a aceluiași an, prin Decretul nr. 99.280.

În Brazilia, utilizarea CFC-urilor a fost complet întreruptă în 2010, după cum se arată în graficul de mai jos:

HCFC

Hidroclorofluorocarburile sunt substanțe artificiale importate de Brazilia, inițial, în cantități mici. Cu toate acestea, din cauza interzicerii CFC-urilor, utilizarea este în creștere. Principalele aplicații sunt:

sector de producție

• HCFC-22: aer condiționat și refrigerare cu spumă;
• HCFC-123: stingătoare;
• HCFC-141b: spume, solvenți și aerosoli;
• HCFC-142b: spume.

Sectorul serviciilor

• HCFC-22: aer conditionat refrigerare;
• HCFC-123: mașini de refrigerare (răcitoare);
• HCFC-141b: curățarea circuitelor electrice;
• Amestecuri HCFC: răcitoare de aer condiționat.

Potrivit Ministerului Mediului (MMA), se estimează că, până în 2040, consumul de HCFC va fi eliminat în Brazilia. Graficul de mai jos arată evoluția utilizării HCFC:

bromura de metil

Este un compus organic halogenat care, sub presiune, este un gaz lichefiat, care poate avea origine naturală sau sintetică. Bromura de metil este extrem de toxică și letală pentru ființe vii. A fost utilizat pe scară largă în agricultură și în protecția mărfurilor depozitate și pentru dezinfectarea depozitelor și morilor.

Brazilia avea deja cantitățile de import de bromură de metil congelate de la mijlocul anilor 1990. În 2005, țara a redus cu 30% din importuri.

Tabelul de mai jos prezintă programul stipulat de Brazilia pentru eliminarea utilizării bromurii de metil:

Potrivit MMA, utilizarea bromurii de metil este autorizată doar pentru carantină și tratamente înainte de expediere rezervate importurilor și exporturilor.

Mai jos, graficul arată istoricul consumului de bromură de metil în Brazilia:

Halonii

Substanța halon este produsă artificial și importată de Brazilia. Este alcătuit din brom, clor sau fluor și carbon. Această substanță a fost utilizată pe scară largă în stingătoarele pentru toate tipurile de incendiu. Conform Protocolului de la Montreal, în 2002, ar fi permis importul de halon referitor la importul mediu brazilian între 1995 și 1997, reducându-se cu 50% în 2005 și, în 2010, importul ar fi total interzis. Cu toate acestea, Rezoluția Conama nr. 267, din 14 decembrie 2000, a mers mai departe, interzicând importul de noi haloni din 2001, permițând doar importul de haloni regenerați, întrucât aceștia nu fac parte din graficul de eliminare a protocolului.

Halon-1211 și halon-1301 sunt utilizați în principal în eliminarea incendiilor marine, în navigația aeriană, în petroliere și platforme de extracție a petrolului, în colecții culturale și artistice și în centrale electrice și nucleare, pe lângă utilizarea lor. . În aceste cazuri, utilizarea este permisă datorită eficienței sale în stingerea punctelor de incendiu fără a lăsa reziduuri și fără a deteriora sistemele.

Conform graficului de mai jos, Brazilia a eliminat deja consumul de haloni.

clor

Clorul este emis în atmosferă într-un mod antropic (prin activitatea umană), în principal prin utilizarea CFC-urilor (clorofluorocarburi), pe care le-am văzut deja mai sus. Sunt compuși sintetici gazoși, utilizați pe scară largă la fabricarea spray-urilor și în frigiderele și congelatoarele mai vechi.

Oxizi de azot

Unele surse naturale emitente sunt transformările microbiene și descărcările electrice din atmosferă (fulgerul). Ele sunt generate și din surse antropice. Principala este arderea combustibililor fosili la temperaturi ridicate. Din acest motiv, emisia acestor gaze are loc în troposferă, care este stratul atmosferei în care trăim, dar ele sunt ușor transportate în stratosferă prin mecanismul de convecție, putând ajunge apoi în stratul de ozon, degradându-l.

Una dintre metodele de evitare a emisiilor de NO și NO2 este utilizarea catalizatorilor. Catalizatorii din industrii și din automobile au funcția de a accelera reacțiile chimice care transformă poluanții în produse mai puțin nocive pentru sănătatea umană și pentru mediu, înainte ca aceștia să fie eliberați în atmosferă.

oxizi de hidrogen

Principala sursă de HOx în stratosferă este formarea de OH din fotoliza ozonului, care produce atomi de oxigen excitați, care reacționează cu vaporii de apă.

gaura de ozon

Imagine: NASA

În 1985, s-a descoperit că a existat o reducere semnificativă de aproximativ 50% a ozonului stratosferic între septembrie și noiembrie, ceea ce corespunde perioadei de primăvară în emisfera sudică. Responsabilitatea a fost atribuită acțiunii clorului din CFC. Mai multe studii au indicat că procesul a avut loc din 1979.

Singura gaură din stratul de ozon este situată deasupra Antarcticii - în altă parte, ceea ce s-a întâmplat a fost epuizarea lentă și treptată a stratului de ozon.

Cu toate acestea, există o mare tendință actuală de inversare a daunelor aduse stratului de ozon, datorită măsurilor adoptate în Protocolul de la Montreal, după cum a raportat Programul Națiunilor Unite pentru Dezvoltare (PNUD). Se așteaptă ca, în jurul anului 2050, stratul să fie restabilit la nivelurile de dinainte de 1980.

Curiozitate: de ce doar la Polul Sud?

Explicația pentru gaura care are loc numai peste Antarctica poate fi dată de condițiile speciale ale Polului Sud, cum ar fi temperaturile scăzute și sistemele izolate de circulație atmosferică.

Din cauza curenților de convecție, masele de aer circulă neîntrerupt, dar în Antarctica, datorită iernii extrem de grele, circulația aerului nu are loc, producând cercuri de convecție restrânse în zonă, care se numesc vortex polar sau vortex.

Vezi și acest scurt videoclip produs de Institutul Național de Cercetări Spațiale (Inpe) despre degradarea stratului de ozon de către CFC: