Około 20–30 km nad powierzchnią Ziemi znajduje się warstwa ozonu (O₃), chroniąca organizmy przed niebezpiecznym dla życia promieniowaniem ultrafioletowym. Problem pojawił się, gdy zaczęto używać związku CCl₂F₂, zwanego freonem 12, oraz innych fluoropochodnych metanu i etanu do produkcji aerozoli. Związki te wykorzystywane były w konstrukcji systemów chłodniczych:
- w sprężarkach lodówek,
- chłodniach i urządzeniach klimatyzacyjnych,
- do produkcji lakierów,
- w przemyśle kosmetycznym,
- w medycynie,
- jako delikatne środki czyszczące w przemyśle komputerowym.
Po pewnym czasie stwierdzono, jak katastrofalne skutki przynosi używanie tych związków dla warstwy ozonowej. Cząsteczki freonów nie wchodzą w reakcję z innymi substancjami i nie rozpadają się, mogą więc żyć w atmosferze ponad 100 lat. Owa niezniszczalność freonów oraz lekkość pozwalająca na przenikanie aż do ozonosfery zaniepokoiły dwóch chemików. Wynikało z ich założeń, że w ozonosferze miliony ton lekkich freonów pod wpływem promieniowania ultrafioletowego rozkładają się na pierwiastki: węgiel, fluor i chlor. Wprawdzie węgiel spala się, ale fluor i, jeszcze silniej, chlor rozpoczynają reakcję łańcuchową z ozonem, powodując tworzenie się tlenków i powstanie zwykłego tlenu dwuatomowego. Gazami szkodliwymi dla ozonu są również węglowodory (CxHy) i tlenki azotu (NOₓ). Te ostatnie mogą przebywać w atmosferze nawet ponad 150 lat.
Co to jest „dziura ozonowa”?
Dziura ozonowa to spadek zawartości ozonu (O₃) na wysokości 15–20 km, głównie na obszarze bieguna południowego.
Jakie jest tempo powiększania się dziury ozonowej?
Tempo globalnego spadku ozonu stratosferycznego pod wpływem działalności człowieka (z wyjątkiem Antarktydy), oszacowane na podstawie badań satelitarnych, wynosi 0,4–0,8% na rok w północnych, umiarkowanych szerokościach geograficznych i mniej niż 0,2% w tropikach. Dziura ozonowa nad Antarktydą od czasu jej odkrycia początkowo się powiększała, jednak dzięki międzynarodowym działaniom ochronnym, obecnie obserwuje się jej stopniowe kurczenie się. Zmniejszenie się ilości ozonu nad Antarktydą sięgało nawet 70% w okresie największego zaniku, jednak od początku XXI wieku tendencja jest raczej stabilizacja i powolny wzrost poziomu ozonu.
Odkrycie „dziury ozonowej”
W 1982 roku dr Farman podczas badań na Zachodniej Antarktydzie odkrył, że znaczną część pokrywy ozonowej nad biegunem zanikła. Przez następne lata dziura ozonowa nad biegunem powiększała się tak, że w październiku 1987 roku ilość ozonu była tam o 50% mniejsza niż przed jej odkryciem, a w 1989 roku w wyższych warstwach zniknęło nawet ponad 95% ozonu.
Dlaczego nad Antarktydą zanik ozonu jest największy?
Wiatry stratosferyczne spychają powietrze wzbogacone w ozon znad równika w stronę biegunów. Transport ozonu znad równika w kierunku północnym i południowym osiąga szczególnie dużą wydajność, gdy na danej półkuli kończy się noc polarna. Ruchy powietrzne nie są jednak symetryczne i faworyzują półkulę północną, która otrzymuje ponad połowę ozonu. Na początku antarktycznej nocy polarnej (u nas zaczyna się wiosna) nad całym obszarem Antarktydy formuje się bardzo regularny i stabilny wir, w którym powietrze przez pół roku krąży wokół bieguna. Następstwa odizolowania od dopływu powietrza równikowego są oczywiste: procesy rozpadu ozonu biorą górę nad procesami jego wytwarzania i ilość ozonu nad Antarktydą zaczyna maleć. Najmniejszą ilość ozonu stwierdza się na przełomie antarktycznej zimy i wiosny (październik), na krótko przed rozpadem zimowego wiru i dopływem świeżego powietrza od strony równika. W 1992 roku po raz pierwszy w historii w dolnych warstwach stratosfery nad Antarktydą zanotowano kilkudniowy całkowity brak ozonu. Od tego czasu, dzięki wprowadzeniu Protokółu Montrealskiego, sytuacja ulega poprawie, a największe zaniki ozonu występują coraz rzadziej.
Kiedy warstwa ozonu jest najcieńsza?
Spadek ilości ozonu zaznacza się szczególnie wyraźnie w miesiącach zimowych. Na przykład na przełomie stycznia i lutego 1992 roku przykrywająca Polskę warstwa ozonu była przez kilka dni niemal dwukrotnie cieńsza od przeciętnej. Zanotowano 191 DU, gdy zazwyczaj o tej porze pomiary wynosiły 350 DU.
Co się robi w celu ochrony warstwy ozonowej?
W celu ochrony warstwy ozonowej, inicjatywa UNEP (Program Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych) doprowadziła do podpisania w 1987 roku Protokółu Montrealskiego przez przedstawicieli 31 państw. Protokół ten zakłada stopniowe wycofywanie substancji niszczących warstwę ozonową, takich jak freony i halony. W Polsce, podobnie jak w innych krajach Unii Europejskiej, stosowanie freonów zostało znacząco ograniczone i wycofane z większości zastosowań. Polska formalnie podpisała Protokół Montrealski i wprowadziła odpowiednie regulacje prawne, które są ściśle przestrzegane. Dzięki tym działaniom emisje substancji niszczących ozon znacznie się zmniejszyły, co przyczyniło się do stopniowego odnowienia warstwy ozonowej. Obecnie Polska nie produkuje freonów ani halonów, a ich użycie jest ściśle kontrolowane zgodnie z międzynarodowymi standardami.
Aktualny stan warstwy ozonowej
Dzięki globalnym wysiłkom na rzecz ochrony warstwy ozonowej, w ostatnich dekadach zaobserwowano znaczną redukcję użycia substancji niszczących ozon oraz stopniową regenerację warstwy ozonowej. Prognozy wskazują, że w najlepszym scenariuszu pełna odbudowa warstwy ozonowej może nastąpić do połowy XXI wieku, o ile kontynuowane będą obecne działania ochronne i regulacyjne.
