Katalog

Justyna Gurgul, 2011-09-12
Gliwice

Biologia, Referaty

Niszczenie warstwy ozonowej i związane z tym skutki

- n +

Niszczenie ozonosfery jest drugim obok efektu cieplarnianego, globalnym zagrożeniem związanym z zanieczyszczeniem atmosfery. Trzeba odróżnić zmniejszanie się ilości ozonu w stratosferze od zwiększania się ilości ozonu w troposferze, choć oba zjawiska mogą być niebezpieczne dla ludzi, roślin i zwierząt.
Problem niszczenia ozonosfery wiąże się z ociepleniem. Freony (podstawowy czynnik antropogeniczny niszczący ozon) są bardzo wydajnym gazem szklarniowym. Ozon jest również gazem szklarniowym i zmiany jego koncentracji pod wpływem freonów powodują zaburzenia bilansu promieniowania. Zmiany temperatur w różnych warstwach atmosfery mogą mieć poważne znaczenie dla nasilenia się lub słabnięcia procesu niszczenia ozonu.

1. Powstawanie, rozmieszczenie i rola ozonu
Ozon stratosferyczny spełnia co najmniej dwie ważne funkcje:
• bierze udział w przekształcaniu nadfioletowego promieniowania słonecznego w ener¬gię cieplną, odgrywając rolę w kształtowaniu bilansu cieplnego Ziemi,
• jest podstawowym gazem ograniczającym dopływ do powierzchni Ziemi szkodliwego dla żywych organizmów promieniowania ultrafioletowego Słońca.
Szkodliwość ultrafioletu (długość fali 10-400 nm: UV próżniowy -10-200 nm, UVC -200-280, UVB - 280-320, UVA - powyżej 320 nm) wynika z silnego pochłaniania fo¬tonów UV przez białka i kwasy nukleinowe - substancje pełniące kluczowe funkcje w żywych organizmach. Tylko ok. 5% UV dociera do powierzchni Ziemi. W 100% zo¬staje wyeliminowane promieniowanie o długości mniejszej niż 290 nm. Tlen cząsteczko¬wy pochłania promieniowanie poniżej 240 nm, a ozon -w zakresie 200-310 nm.
Gdyby w warunkach ciśnienia 760 mm Hg i 0°C zgromadzić przy powierzchni Ziemi całkowitą zawartość ozonu atmosferycznego, jego warstwa miałaby średnią grubość 3 mm (równa się to 300 jednostkom zwanym dobsonami - D). Ozon występuje głównie w stratosferze na wysokości 10-50 km, a jego maksymalna koncentracja przypada na warstwę 18-20 km. Ozon stratosferyczny stanowi 90% jego atmosferycznego zapasu. Źródłem ozonu są procesy fotochemiczne powstawania i rozpadu cząsteczek tlenu, zachodzące pod wpływem promieniowania nadfioletowego.
Ozon stratosferyczny tworzy się głównie nad obszarami równikowymi na wysokości ok. 40 km. Następnie opada i przemieszcza się zgodnie z cyrkulacją atmosferyczną ku wyższym szerokościom geograficznym. Jego rozkład w atmosferze nie jest równomierny w przestrzeni waha się od 240 D nad równikiem do 450 D w rejonach polarnych w okresie wiosennym. Wynika to ze zróżnicowania warunków tworzenia, rozpadu i przemieszczania cząsteczek ozonu w różnych rejonach geograficznych i porach roku.
Podczas gdy obieg wody i węgla ma miejsce przy powierzchni Ziemi, cykl ozonu odbywa się w stratosferze, zawierającej 90 procent całkowitej ilości ozonu. Tam stanowi on jeden z najbardziej znaczących gazów śladowych naszej atmosfery. Życie i klimat są od niego zależne. Przeciwieństwem owego stratosferycznego ozonu, chroniącego nasze życie jest ozon występujący w dolnych warstwach atmosfery — ozon troposferyczny. Podczas gdy osłaniającego ,,dobrego" ozonu stale w stratosferze ubywa (dziura ozonowa), ilość szkodliwego „złego" ozonu w pobliżu powierzchni Ziemi stale rośnie.

2. Przyczyny i mechanizmy zaniku ozonu
Początkowo o niszczenie ozonu stratosferycznego oskarżano samoloty ponaddźwiękowe. Spadek koncentracji ozonu mógłby następować w reakcjach ozonu z parą wodną lub przede wszystkim z tlenkami azotu, które są składnikami spalin. Długoletnie bada¬nia pozwoliły stwierdzić, że znaczenie tych mechanizmów jest niewielkie. Do wysokości 20-25 km tlenki azotu (głównie N20) sprzyjają raczej wytwarzaniu ozonu. Dopiero na większych wysokościach są czynnikiem destrukcyjnym, mniej jednak wydajnym niż chlor (N20 - 5 razy).
W 1973 r. Sherwood Rowland i Mario Molina sformułowali hipotezę o nega¬tywnym wpływie freonów na warstwę ozonową. Do najpowszechniej stosowanych i najbardziej niebezpiecznych dla ozonu należą freon F-ll (CC13F, trójchlorofluorometan) i F-12 (CC12F2, dwuchlorodwufluorometan). Freony są związkami nieaktywnymi chemicznie w dolnych warstwach atmosfery. Mogą one przetrwać w atmosferze przez długi czas (np. F-ll - 45 lat, F-12 - 100 lat, F-115 - 1700 lat)). Freony mogą ulegać rozpadowi (fotolizie) pod wpływem wysokoenerge¬tycznego promieniowania nadfioletowego. Warunki sprzyjające zachodzeniu fotolizy występują w stratosferze, do której freony dostają się na skutek dyfuzji. Jednym z efek¬tów rozpadu jest uwolnienie reaktywnych atomów chloru, które łatwo oddziałują z cząs¬teczkami ozonu, rozkładając je:
Cl + 03 -> CIO + 02
Powstający w wyniku powyższej reakcji aktywny chemicznie CIO może odtwarzać chlor atomowy w reakcji z atomem tlenu:
CIO + O -» Cl + 02
Stabilne związki chloru i bromu, przede wszystkim freony i halonyle również inne chlorowęglowodory jak 1,1,1-trichloroetan czy czterochlorek węgla przedostają się do stratosfery, gdzie pod wpływem promieni UV ulegają rozpadowi, uwalniając rodniki chloru chodzą one w reakcję z ozonem, niszcząc go. Owa reakcja redukcyjna przebiega katalitycznie, co oznacza że rodniki wychodzą z niej w niezmienionej postaci, co umożliwia im f wchodzenie w kolejne reakcje tego typu. Dzięki temu poszczególne cząsteczki mogą nawet 100.000 razy reagować z ozonem, nim N sprowadzone zostaną do stabilnych, nieczynnych związków. Również metan (CH4) i gaz rozweselający (N20) wytwarzane w ilościach przyczyniają się do rozpadu ozonu, choć odbywa się to na znacznie większych wysokościach.

W niszczeniu warstwy ozonowej odgrywają rolę również tlenki azotu (podtlenek azotu - N2O, tlenek - NO i dwutlenek azotu - NO2) i węglowodory. W wyższych warstwach atmosfery gazy te niszczą ozon, w pobliżu zaś powierzchni Ziemi z tlenków azotu taje ozon niepożądany (ozon przyziemny, w odróżnieniu od stratosferycznego, jest szkodliwy dla roślin, zwierząt i ludzi), a także organiczne nadtlenki (nazywane PAN), które szkodliwie oddziałują na zdrowie roślin, zwierząt i ludzi.
Nas, w związku z problematyką ozonu najbardziej interesuje promieniowanie UV-B.
3. Skutki niszczenia ozonosfery
Ocenia się, że ubytek 1% ozonu powoduje 2% wzrost natężenia promieniowania UVB, który może wpłynąć niekorzystnie na zdrowie ludzkie oraz na inne organizmy żywe.
Zwiększenie ilości nadfioletu docierającego do Ziemi powoduje:
1) konsekwencje bezpośrednie:
• skutki zdrowotne, w tym:
- szybsze starzenie się skóry,
- zwiększenie zachorowalności na różne choroby skóry, w tym także raka,
- częste choroby narządu wzroku, głównie katarakty,
- osłabienie reakcji układu immunologiczngo organizmu;

• zmiany w świecie żywym i ograniczenie produkcji żywności;
• niszczenie wytworów człowieka;
2) konsekwencje pośrednie związane z:
• wzrostem specyficznych zanieczyszczeń atmosfery,
• zmianą bilansu promieniowania.

Zwierzęta

U zwierząt wyższych należy obawiać się podobnych uszkodzeń co w przypadku człowieka, dotyczy to przede wszystkim oczu, gdyż zwierzęta nie są w stanie się chronić. Ikra rybia, nie chroniona przed światłem może ulec zniszczeniu. Zooplankton i małe żyjątka są bardzo wrażliwe na promieniowanie UV. Zooplankton jest istotnym elementem łańcucha pokarmowego — wszelkie zabu¬rzenia ilościowe i gatunkowe niekorzystnie wpłyną na wszystkie morskie zwierzęta.
Rośliny
Promieniowanie UV zaburza wzrost i zdolności asymilacyjne roślin. Spowodować to może przesunięcie gatunkowe w stronę roślin odporniejszych. Skutkiem tego będzie znaczne zmniej¬szenie się różnorodności gatunkowej. Zniszczenie mikroorganiz¬mów pobierających powietrza azot doprowadzi do deficytu tego naturalnego dla roślin nawozu. Należy liczyć się ze znacznymi stratami w rolnictwie.
Morze
-ograniczenie zdolności wchłaniania dwutlenku węgla przez
znaczne zmniejszenie się biomasy fitoplanktonu,

-destabilizacja morskich ekosystemów w związku z przesunięciami w równowadze gatunkowej,
-zmniejszenie się znaczenia mórz jako źródła pokarmu: w związku ze zmniejszeniem się biomasy fitoplanktonu ograniczeniu ulegną również kolejne elementy łańcucha pokarmowego, aż do ryb jadalnych.
4. Bibliografia

1. Budnikowski A., Ochrona środowiska jako problem globalny, Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa 1998, s. 21-24.
2. Dobrzańska B., Dobrzański G., Kiełczowski D,Ochrona środowiska przyrodniczego, PWN, Warszawa 2008, s. 107-115.
3. Karaczan Z. M., Indeka I. G., Ochrona środowiska, Agencja Wydawnicza ARES, Warszawa 1996, s. 138-144.
4. Umiński T., Ekologia-środowisko-przyroda, WSiP, Warszawa 1998, s. 285-293.
5. H. Vockenhuber, Ozon. Bomba zegarowa, SPAR, Warszawa 1995, s. 16-17.





Wyświetleń: 10893


Uwaga! Wszystkie materiały opublikowane na stronach Profesor.pl są chronione prawem autorskim, publikowanie bez pisemnej zgody firmy Edgard zabronione.