Ozon

Ozon


Ozon, tritlen (O3) - Ozon jest niebieskim gazem, cięższym od powietrza. W stanie wolnym występuje w atmosferze, jest jednym z wielu składników powietrza. Takie składniki jak azot (78%), tlen (21%) i gazy szlachetne mają stałą wartość w składzie powietrza. Ozon wraz z innymi gazami, takimi jak para wodna, dwutlenek węgla, amoniak czy wodór są elementami, których zawartość w powietrzu jest zmienna. Powstaje w wyniku rozpadu cząsteczek O2 pod wpływem światła i dalszego łączenia się ich, wg równań:


Jest gazem niepalnym (ma jednak zdolność, podobnie, jak ditlen - O2, podtrzymywać proces spalania), dobrze rozpuszczalnym w wodzie, dość nietrwałym Jest silnym utleniaczem. Jest gazem trującym dla ludzi, zwierząt i roślin.
Wykorzystywany jest do wyjaławiania wody pitnej (ozonowanie), pomieszczeń (szczególnie w szpitalach: lampa ozonowa), utleniania paliwa rakietowego, a także jako reagent w reakcji ozonowania. W atmosferze spełnia funkcję filtra pochłaniającego promieniowanie ultrafioletowe, które emitowane jest przez Słońce. Pochłanianie to polega na reakcji rozszczepienia (rozpadu) cząsteczki ozonu na tlen i rodnik tlenowy (odwrócenie reakcji syntezy ozonu).
Przerzedzenie warstwy ozonowej nazywamy dziurą ozonową.
Odkrycie ozonu i pierwsze pomiary
Badania ozonu mają długa historię. W 1840 r. chemik Christian Friedrich Schnbein odkrył gaz tworzący się w czasie wyładowań elektrycznych i nazwał go ozonem, czyli pachnącym. Szybko okazało się, że ozon jest naturalnym składnikiem powietrza. Pierwsza metoda pomiaru stężenia tego gazu została opracowana przez samego Schnbeina, ale wkrótce została ona udoskonalona w Obserwatorium Mt. Souris w Paryżu. Stamtąd pochodzi pierwsza seria pomiarowa (1876-1910), która pozwala najlepiej ocenić, jakie było stężenie ozonu w warstwie granicznej atmosfery w epoce przed przemysłowej.

W 1879 r. odkryto, że spektrum promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi wykazuje znaczące załamanie w zakresie UV, a w 1880 r. udowodniono, że ozon silnie pochłania promieniowanie z tego zakresu, i że to on może był za to odpowiedzialny. Ilość ozonu znajdująca się w niższych warstwach troposfery nie mogła jednak stanowić wyjaśnienia dla małej ilości promieniowania UV docierającego do Ziemi.
Sformułowano, zatem założenie, że większość ozonu musi się tworzyć w wyższych warstwach atmosfery. Podstawowe i najważniejsze badania zostały wykonane przez Gordona Dobsona w latach 20-tych XX wieku. Skonstruował on spektrometr nazwany jego nazwiskiem, który od 1929 r. był używany do pomiarów całkowitego stężenia ozonu. Obecnie jest stopniowo zastępowany przez nowocześniejsze metody, ale ciągle pozostaje w użyciu.

Pochłanianie UV
To, czy wiązanie atomowe może zostać rozbite przez promieniowanie, zależy od tego, jaki zakres promieniowania może pochłaniać dana cząsteczka. Tlen pochłania w zakresie wysoko energetycznego UV-C, ozon w zakresie nieco mniej energetycznego UV-B. Promieniowanie o dłuższych zakresach fal częściowo przechodzi przez atmosferę i dociera do powierzchni Ziemi. Niewielka ilością UV-B dociera jednak do powierzchni Ziemi, dzięki czemu tworzą się rodniki, OH, które oczyszczają troposferę. Promieniowanie to ma ponadto bardzo ważne znaczenie dla organizmów żywych, powoduje np. powstawanie opalenizny, ale może także niszczyć DNA.
Procesy chemiczne z udziałem chloru i powstawanie dziury ozonowej.
To przede wszystkim procesy chemiczne z udziałem chloru powoduje niszczenie warstwy ozonowej. Wraz z rozpoczęciem przemysłowej produkcji chlorofluorowęglowodorów (CFC) człowiek dostarczył do atmosfery nowe źródło chloru. Obecnie zawartość chloru w atmosferze jest sześciokrotnie większa niż to miało miejsce pierwotnie, gdy chlor pochodził tylko ze źródeł naturalnych. Ma to bardzo niekorzystne skutki dla warstwy ozonowej. Jednakże niszczenie warstwy ozonowej zachodzi w bardzo szczególnych warunkach, dlatego rzeczywiste działanie chloru jest niższe od przewidywań.
Dziura ozonowa i globalne ocieplenie.
Kiedy odbywają się dyskusje na temat problemów związanych ze środowiskiem geograficznym to często omawia się łącznie dziurę ozonową i globalne ociepleniem. Fakty są następujące: dziura ozonowa nie jest bezpośrednim skutkiem globalnego ocieplenia, zaś globalne ocieplenie nie jest bezpośrednim skutkiem dziury ozonowej. Ponieważ jednak w systemie klimatycznym wszystkie elementy są ze sobą powiązane, to i w tym przypadku występują pewne związki. To, że coraz więcej samochodów jeździ po Ziemi i spala benzynę, oraz, że w przemyśle i gospodarstwach domowych używa się coraz więcej produktów powstałych przy udziale spalania paliw kopalnych, nie jest przyczyną powstawania dziury ozonowej.
Powstawanie dziury ozonowej nie prowadzi do globalnego ocieplenia. Dziura ozonowa i globalne ocieplenie to dwa różne skutki dwu różnych rodzajów oddziaływania działalności ludzkiej na system atmosferyczny! Ale są między nimi pośrednie związki.
Wpływ dziury ozonowej na bilans promieniowania.
Nie jest rzeczą oczywistą, że dziura ozonowa będzie powodować występowanie tzw. „negatywnego wymuszania promieniowania” (ang. negative radiative forcing), czyli, że doprowadzi do ochładzania w troposferze i w ten sposób będzie częściowo niwelować działanie gazów cieplarnianych. W pierwszej chwili możemy pomyśleć, że jeżeli warstwa ozonowa stanie się cieńsza to więcej promieniowania UV dotrze do powierzchni Ziemi. To oznacza większą dostawę energii słonecznej. To oczywiście jest prawdą, a także jedną z przyczyn wzrostu ryzyka zachorowania na raka skóry.