Zagrożenie warstwy ozonowej

Kiedy na szerszą skalą zastosowano związek CCl2F2 zwany freonem 12 oraz inne fluoropochodne metalu i etanu (nazwanych wspólnie freonami lub CFC) do produkcji aerozoli, wydawało to się prawdziwą rewolucją w zastosowaniu chemii w przemyśle i gospodarstwie domowym. Związki te zaczęto powszechnie odkrywać w czasie II wojny światowej w urządzeniach rozpylających substancje do zwalczania komarów roznoszących malarię. Jeszcze wcześniej odkryto przydatność freonów w konstrukcji systemów chłodniczych: w sprężarkach lodówek, chłodniach i urządzeniach klimatyzacyjnych. Z dnia na dzień pojawiały się następne zastosowania przy produkcji lakierów, w przemyśle kosmetycznym i medycynie. Związki te okazały się też użyteczne jako delikatne środki czyszczące w przemyśle komputerowym. Wydawało się też, ze freony mają cechy idealnej wprost substancji chemicznej. Zupełnie nieszkodliwe, są bowiem nieaktywne chemicznie, czyli nie reagują z substancjami, z którymi się stykają, a więc nie powodują korozji, nie drażnią skóry, nie rozpuszczają się w wodzie, a ponadto nie gromadzą się w dolnej warstwie atmosfery ziemskiej, czyli tam, gdzie miałyby styczność z żywymi organizmami. Jednak okazało się, że pozornie cudowne cechy freonów: trwałość, obojętność i nietoksyczność, szykują ekologiczny podstęp. Cząsteczki tych gazów nie wchodzą w reakcję z innymi substancjami i nie rozpadają się, mogą więc żyć w atmosferze ponad 100 lat. Właśnie owa niezniszczalność freonów oraz lekkość pozwalająca na przenikanie aż do ozonosfery zaniepokoiły w 1971 roku dwóch chemików: amerykańskiego profesora Sherwooda Rowlanda i Meksykanina dra Mario Molina. Z ich założeń wynikało, że w ozonosferze miliony ton lekkich freonów pod wpływem promieniowania ultrafioletowego rozkładają się na pierwiastki:

Freon--------→C + F + Cl
│ │
spala się reaguje z ozonem

Wprawdzie węgiel spala się, ale fluor i jeszcze silniej chlor rozpoczynają reakcję łańcuchową z ozonem powodując tworzenie się tlenków i powstanie „zwykłego” tlenu dwuatomowego.
Tę hipotezę Rowlanda i Kolona zaatakowali chemicy z koncernów produkujących aerozole, co zdopingowało obu chemików do dostarczenia dowodów eksperymentalnych. Po badaniach laboratoryjnych oraz pomiarach prowadzonych na wysokości 34 km za pomocą stratostatów z freonem uzyskało wyniki potwierdzające słuszność wysuniętej hipotezy. Hipoteza stała się teorią, ale dopiero w 1976r. Komisja do spraw Ochrony środowiska ONZ oraz rządy USA, Kanady i krajów należących do Wspólnego Rynku zwróciły uwagę na to niebezpieczne zjawisko. Freony zalazły się na liście związków niebezpiecznych dla środowiska.
Mimo świadomości zagrożenia wynikającego ze zmniejszania się ilości ozonu i uświadomienia w 1974r. niewątpliwego wpływu freonów na ten proces, światowe postępy akcji zapobiegających były przez kolejne lata raczej mizerne, aż do 1982r. kiedy to dr Joe Farman wraz z zespołem w czasie rutynowych badań w brytyjskiej Stacji Naukowej „Hallej Bay” na Antarktydzie Zachodniej odkrył, że znaczna część pokrywy ozonowej nad biegunem zaniknęła. Odkrycie było tak szokujące, że podejrzewano raczej błąd urządzeń pomiarowych, tym bardziej że pomiary ozonu prowadzone równolegle przez satelitarną stację meteorologiczną NASA (Agencja Badań Przestrzeni Kosmicznej) niczego takiego nie wykazywały. Badania z następnych lat potwierdziły (a nawet były jeszcze bardziej alarmujące) wyniki Farmana. Jeszcze raz sprawdzono pomiary satelitarne i okazało się, że też wskazywały na zanik ozonu, tyle że komputery odrzuciły wynik, bo nie był przewidziany w programie.
Przez następne lata „dziura” nad biegunem powiększała się tak, że w październiku 1987r. Ilość ozony była tam o 50% mniejsza niż przed jej odkryciem, w 1979r. w wyższych warstwach zniknęło nawet ponad 95% ozonu.

Szczegółowe badania prowadzone przez 150 naukowców wykazały ponad wszelką wątpliwość, że za zanik ozonu odpowiedzialna była rosnąca koncentracja freonów.
Czemu właśnie nad Antarktydą zanik ozonu stał się tak wyraźny?
Gdyby w stratosferze nie wiały żadne wiatry, największe ilości ozonu obserwowalibyśmy na wysokości ponad 30 km nad równikiem. Wiatry stratosferyczne jednak istnieją i spychają powietrze wzbogacone w ozon znad równika w stronę biegunów, ponieważ opada ono przy tym ku powierzchni Ziemi, w umiarkowanych szerokościach geograficznych maksymalnie stężenie ozonu występuje na wysokości 25 km.
Transport ozonu z nad równika w kierunku północnym lub południowym osiąga szczególnie dużą wydajność, gdy na danej półkuli kończy się noc polarna.
Ruchy mas powietrznych nie są jednak symetryczne i faworyzują półkulę północną, która otrzymuje ponad połowę ozonu wytwarzanego w ciągu roku nad równikiem.
Historia badań zaniku ozonu jest przykładem szczególnie pouczającym, jak bardzo nauka jest nieprzygotowana na rejestrację nieoczekiwanych zmian środowiska. Historia ta powinna też być dedykowana tym ekspertom, którzy wiedzą w „stu procentach” , że dana manipulacja środowiskiem nie będzie miała żadnych nieprzewidzianych skutków. Zarozumiałe przekonanie, że wiemy o przyrodzie wszystko – nieraz się może zemścić.


Aby zrozumieć ciężar wytaczanego freonom oskarżenia o zabójstwo ozonu, należy uświadomić sobie, co oznacza warstwa ozonu w atmosferze ziemskiej dla wszystkich form życia na planecie.
Ozon, forma tlenu z trzema atomami, jest sam w sobie wyraźnie toksyczny. Nawet 1 cząstka tego gazu na milion części powietrza jest dla ludzi trująca. Blisko powierzchni Ziemi ozon jest trucizną, która współuczestniczy w tworzeniu smogu fotochemicznego i kwaśnego deszczu. Na szczęście w niższej części atmosfery –troposferze- znajduje się nie więcej niż 10% ozonu, pozostałe 90% gromadzi się wysoko w stratosferze.
Już 15-50 km w górę od powierzchni Ziemi ozon staje się pożyteczny, tworzy warstwę ochronną dla życia. Ozon jest bowiem jedynym gazem w atmosferze, który zatrzymuje nadmiar promieniowania ultrafioletowego. Już w 1881r stwierdzono, że zawartą w tym promieniowaniu energię przetwarza na ciepło, dzięki czemu spełnia też funkcję atmosferycznego termoregulatora. Wprawdzie masa ozonu stanowi zaledwie 5/100 000 masy całej atmosfery i gdyby zebrać razem rozproszone cząstki i nadań im taką gęstość i temperaturę jaką ma powietrze przy powierzchni Ziemi, to otrzymalibyśmy warstewkę o grubości około 3mm. Jednak gdyby nie ten delikatny filtr, promieniowanie ultrafioletowe mogłoby zniszczyć życie na lądzie i w powierzchniowych warstwach wody.


Naukowcy twierdzą, że jeżeli freon zwiąże kilka procent ozonu z ozonosfery, to może dojść do znacznego zniszczenia życia na Ziemi. Już strata 1% ozonosfery spowodować może wzrost promieniowania ultrafioletowego na Ziemi, a przez to niszczenie chlorofilu, zmiany klimatyczne, wzrost liczby zachorowań na raka skóry i choroby oczu (głównie na zaćmę). A w atmosferze jest już ponad 20mln ton freonu!


Skutki niewielkiej ilości promieniowania, jaka zwykle dociera do powierzchni Ziemi, może już stanowić poważne ostrzeżenie wobec sytuacji, która będzie powstawała po zubożeniu warstwy ozonowej. Organizmy ludzkie bronią się wprawdzie przed nadmiarem ultrafioletu produkując ochronną warstwę pigmentu (efekt takiej ochrony nazywamy opalenizną). Także niektóre gatunki drobnych organizmów planktonowych w strefie Antarktydy, nad którą nastąpiło już zubożenie warstwy ozonowej, produkują pigment – melaninę, ale te możliwości samoobrony są ograniczone. Nadmiar promieni UV powoduje osłabienie odporności na zarażenia chorobami wirusowymi (np. wirusem opryszczki-herpes, czego często doświadczają narciarze na wiosnę w górach, gdzie jest szczególnie dużo UV) i pasożytniczymi. Co najgroźniejsze jednak, uszkodzony system odpornościowy organizmu ułatwia powstawanie różnych form nowotworów, zwłaszcza skóry. Najzłośliwsza forma raka skóry – czerniak rozwija się często z przebarwień (powstaje często po opaleniu), znamion i „pieprzyków” Szczególnie więc osoby z takimi zmianami skóry powinny unikać słońca.
Według danych Programu Ochrony Środowiska ONZ usunięcie 10% ozonu spowoduje zwiększenie zachorowań na raka skóry o 26%.
Według statystyk amerykańskich w samych tylko Stanach Zjednoczonych umiera co roku na raka skóry 12 000 osób, a największy procent zgonów obserwuje się w najsłoneczniejszych stanach: Kalifornii i Florydzie.
Nawet bez takich groźnych przypadków choroby skóry, jak rak, mało komu nadmiar UV poprawia urodę. Promieniowanie ultrafioletowe przyspiesza proces starzenia się skóry i wczesne pojawienie się takich zmian, jak zgrubienia, przebarwienia, zmarszczki. Również w niebezpieczeństwie są oczy. Wiele osób zna już skutki długiego przebywania na słońcu, zwłaszcza nad wodą czy na śniegu – zaczerwienienie, podrażnienie spojówek, Lekarze uważają, że jest też jedną z przyczyn powstawania zaćmy, szczególnie u ludzi na najsłoneczniejszych obszarach globu. Na całym świecie, jak podaje Światowa Organizacja Zdrowia, żyje co najmniej 40 mln ludzi, którzy z powodu zaćmy utracili wzrok lub mają ograniczone widzenie, a liczba ta stale wzrasta, zwłaszcza w strefach szczególnie pogarszającego się stanu warstwy ozonowej. Wzrost promieniowania UV na obszarach największego rozrzedzenia warstwy ozonu nie tylko wpływa niekorzystnie na zdrowie ludzkie, także wpływa na produkcję żywności i pogorszenie się jej jakości. Ponad dwie trzecie gatunków roślin, u których sprawdzono reakcję na ultrafiolet, okazało się wrażliwych na promieniowanie. Większość z nich to podstawowe gatunki zbóż i innych roślin uprawnych.
Promieniowanie ultrafioletowe przenika także w głąb wody, nieraz nawet poniżej 20m w przypadku wód przezroczystych. Plankton zwierzęcy i roślinny jest szczególnie wrażliwy na promieniowanie, a wszelkie uszkodzenia i zmniejszenia produkcji planktonu odbiją się natychmiast w dalszych ogniwach łańcucha pokarmowego. Ucierpi więc produkcja ryb i zmniejszą się wyniki połowów.
Realna groźba takiej sytuacji wymusiła międzynarodowe akcje mające na celu zahamowanie emisji zabójców ozonu.
Protokół Montrealski podpisany w 1987 roku obligował do niezwiększenia produkcji freonów i halonów i utrzymywanie jej na poziomie 1986r. Wprawdzie ograniczenie nie było zbyt drastyczne, jednak był to ważny krok do przodu.
Dwa lata później po dalszych alarmujących pomiarach uzgodniono całkowite zaprzestanie produkcji „zabójców ozonu” najpóźniej do 200 roku.
Na następnym spotkaniu w 1990 roku w Londynie aż 13 krajów zobowiązało się do zaprzestania produkcji już do 1997 roku (Stany Zjednoczone, Wielka Brytania i Niemcy jako rok graniczny przyjęły nawet 1995r.). Postanowiono też zaprzestania produkcji także innych związków niszczących ozon (halon, czerochlorek węgla). Ustanowiono też fundusz pomocy dla krajów rozwijających się, których nie stać na tak szybkie przestawienie się na technologie bez freonów.
Polska podpisała protokół Montrealski i jest także do 11 października 1990 roku członkiem Konwencji Wiedeńskiej w sprawie ochrony warstwy ozonowej. Przystąpiliśmy do tej konwencji tylko jako użytkownicy, ponieważ nie produkuje się u nas freonów ani halonów. Zobowiązania wobec konwencji dotyczą zakazu importu i używania produktów zawierających te substancje. Nie będzie to jednak takie proste. W Polsce większość lodówek zawiera freony i dużo czasu upłynie, nim zastąpi je generacja bezfreonowych urządzeń. Ciągle też mimo podpisanej konwencji ukazują się w sklepach dezodoranty i inne kosmetyki oraz farby w aerozolach wycofane już w innych krajach…
Wszystkie te kroki okazują się jednak wciąż zbyt powolne w stosunku do szybkości zachodzących w atmosferze zmian. Wprawdzie za gwałtowne pogorszenie się stanu ozonosfery nad naszą półkulą na przełomie 1991 i 1992 roku odpowiadają nie tylko freony, lecz i chlor pochodzący z wybuchu wulkanu Pinatubo na Filipinach, jednak stratosfera radzi sobie z pozostałościami wybuchów wulkanicznych znacznie lepiej niż z wyprodukowanymi przez człowieka związkami. Groźba, że wciąż nowe strefy globu będą objęte dziurą ozonową, nie maleje.
Pomimo podjętych działań i zakładając, że rzeczywiście zobowiązania międzynarodowe okażą się, iż są przeprowadzone zgodnie z deklaracjami, musi upłynąć dużo czasu, nim warstwa ozonu znów zostanie odbudowana. Naukowcy przewidują, że powrót chociażby do stanu obserwowanego w 1982 roku potrwa nawet i do 100lat. Niemniej światowe reakcje na zagrożenie warstwy ozonu i idące za tym postanowienia i działania są przykładem –jak do tej pory- najbardziej optymistycznym, jeśli chodzi o wspólną akcję wobec światowego zagrożenia. Są to postanowienia na szczeblach rządowych – co jednak może zwykły obywatel, by przyspieszyć proces oczyszczania atmosfery? W wielu przypadkach od naszej decyzji zależy, co wybieramy: dezodorant oparty na freonie czy dezodorant z „kulką” lub z napisem „ozone friendly” (przyjazny ozonowi) lub „CFC free” i oparty na nieszkodliwych nośnikach (np. gazach propan i butan).
Taka osobista decyzja, choć może wydaje się śmiesznie nieistotna, jeśli chodzi o ilość „zaoszczędzonego” ozonu, jest dowodem naszej odpowiedzialności wobec środowiska i pewnej ekologicznej samodyscypliny. Z sumy maleńkich decyzji powstają duże efekty.
To możemy zrobić dla Ziemi. Co możemy zrobić dla siebie? Nie wolno wpadać w panikę. Musimy podjąć zasadę, że wpływ promieni słonecznych jest bardziej szkodliwy niż dobroczynny. Z tą świadomością musimy już, niestety, żyć przez wiele najbliższych lat –nawet po całkowitym wycofaniu freonów. Oznacza to rezygnację ze smażenia się na słońcu zwłaszcza w najobfitszych w promieniowanie UV godzinach południowych. Trzeba więc ograniczyć przebywanie na plaży pomiędzy 10 rano a 15! Na szczęście coraz bardziej modny staje się „blady wygląd”. Także podczas prac w polu czy w ogrodzie, na treningu i na długich spacerach dobrze jest chronić odkryte części ciała kremami ze specjalnymi filtrami zatrzymującymi UV o współczynniku ochronnym od 2 do 4. Nie zapominajmy też o delikatnych brzegach uszu. I oczy! Oczy najlepiej chronią okulary ze specjalnego szkła zatrzymujące promieniowane UV. Natomiast zwykłe ciemne szkła nie są zbyt dobrym zabezpieczeniem. Przyciemniając światło rozszerzają źrenice, czyniąc je bardziej podatnymi na szkodliwe promienie, dla których nie są barierą. Z braku dobrych okularów lepiej raczej przysłonić oczy rondem dużego kapelusza czy daszkiem czapki. Wszystko wskazuje, że taka będzie moda na nadchodzące lata z „dziurą”