lovesouthernsocial.com

Знайте, что это такое, какие газы влияют и когда озоновый слой должен восстанавливаться.

Что такое озоновый слой? Это очень важный вопрос для всех, кого беспокоит здоровье планеты Земля и, следовательно, нашего. Но чтобы ответить на него, сначала нужно понять, как работают некоторые основные процессы в атмосфере.

Одна из основных экологических проблем, связанных с химией и загрязнением воздуха, - это истощение (или деградация) озонового слоя. Наверняка вы уже слышали об этом. Озоновый слой, как следует из его названия, представляет собой слой атмосферы Земли с высокой концентрацией озона (O3). Наибольшая концентрация находится в стратосфере, примерно от 20 до 25 км от поверхности Земли. Пик этих концентраций приходится на высокие широты (полюса), а самый низкий - в тропических регионах (хотя скорость производства O3 выше в тропиках).

Как уже говорилось в нашей статье «Озон: плохой парень или хороший парень?», Этот газ может быть как чрезвычайно важным, так и незаменимым для жизни на Земле, как высокотоксичный загрязнитель. Все зависит от атмосферного слоя, в котором он находится. В тропосфере он злодей. В стратосфере хороший парень. В этой статье мы собираемся поговорить о стратосферном озоне, указав на его функции, важность, как он разложился и как предотвратить это в дальнейшем.

Роли

Стратосферный озон (хороший парень) отвечает за фильтрацию солнечного излучения на некоторых длинах волн (поглощает все ультрафиолетовое излучение B, называемое УФ-B, и часть других типов излучения), способного вызывать определенные типы рака, что является одним из худших. меланома. Он также имеет функцию сохранения тепла на Земле, предотвращая рассеивание всего тепла, излучаемого на поверхности планеты.

Что такое озоновый слой?

Озоновый слой, как упоминалось ранее, представляет собой слой, в котором сосредоточено около 90% молекул O3. Этот слой необходим для жизни на Земле, поскольку он защищает все живые существа, отфильтровывая ультрафиолетовое солнечное излучение типа B. Озон ведет себя по-разному в зависимости от его высоты. В 1930 году английский физик Сидней Чепмен описал процессы образования и разложения стратосферного озона, основанные на четырех этапах: фотолиз кислорода; производство озона; расход озона I; потребление озона II.

1. Кислородный фотолиз

Солнечное излучение попадает в молекулу O2, разделяя ее атомы. Другими словами, на этом первом этапе в качестве продукта получают два свободных атома кислорода (O).

2. Производство озона

На этом этапе каждый свободный кислород (O), образующийся при фотолизе, реагирует с молекулой O2, получая в качестве продукта молекулы озона (O3). Эта реакция происходит с помощью атома или молекулы катализатора, вещества, которое позволяет реакции протекать быстрее, но без активного действия и без связывания с реагентами (O и O2) или с продуктом (O3).

Шаги 3 и 4 демонстрируют, как озон может разлагаться по-разному:

3. Потребление озона I

Озон, образующийся на стадии производства, затем снова разлагается на молекулы O и O2 под действием солнечного излучения (при наличии длин волн от 400 до 600 нанометров).

4. Потребление озона II

Другой способ разложения озона (O3) - реакция со свободными атомами кислорода (O). Таким образом, все эти атомы кислорода будут рекомбинировать, образуя две молекулы кислорода (O2) в качестве продукта.

Но тогда, если озон образуется и разлагается, что поддерживает озоновый слой? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны учитывать два важных фактора: скорость производства / разрушения молекул (скорость, с которой они производятся и разрушаются) и их средний срок службы (время, необходимое для снижения концентрации любого соединения до половины от вашей первоначальной концентрация).

Что касается скорости производства / разрушения молекул, было обнаружено, что шаги 1 и 4 медленнее, чем шаги 2 и 3 процесса. Однако, поскольку все начинается на этапе фотолиза кислорода (этап 1), мы можем сказать, что от него зависит генерируемая концентрация озона. Это затем объясняет, почему концентрация O3 уменьшается на высотах выше 25 км и на более низких высотах; на высотах более 25 км концентрация O2 снижается. В нижних слоях атмосферы преобладают более длинные волны, у которых меньше энергии для разрушения молекул кислорода, что снижает скорость их фотолиза.

Несмотря на великое открытие этих этапов, если бы мы рассматривали только эти процессы разрушения, мы бы получили значения концентрации O3 в два раза выше, чем наблюдаемые в действительности. Этого не происходит, потому что, помимо показанных шагов, существуют также неестественные циклы истощения озонового слоя, вызванные озоноразрушающими веществами (ODS): такими продуктами, как галон, четыреххлористый углерод (CTC), гидрохлорфторуглерод (HCFC), хлорфторуглерод (CFC). ) и бромистого метила (CH3Br). Когда они выбрасываются в атмосферу, они перемещаются в стратосферу, где они разлагаются УФ-излучением, высвобождая свободные атомы хлора, которые, в свою очередь, разрывают озоновую связь, образуя монооксид хлора и газообразный кислород. Образовавшийся монооксид хлора снова вступит в реакцию со свободными атомами кислорода, образуя больше атомов хлора, которые будут реагировать с кислородом, и так далее. Подсчитано, что каждый атом хлора может разлагать около 100 000 молекул озона в стратосфере и имеет срок хранения 75 лет, но уже было достаточно разряда, чтобы реагировать с озоном в течение почти 100 лет. Помимо реакций с оксидами водорода (HOx) и оксидами азота (NOx), которые также реагируют со стратосферным O3, разрушая его, способствуя деградации озонового слоя.

На диаграмме ниже показана история потребления ОРВ в Бразилии:

Где находятся озоноразрушающие вещества и как их избежать?

ХФУ

Хлорфторуглероды - это синтезированные соединения, образованные хлором, фтором и углеродом, которые широко применялись в нескольких процессах, основные из которых перечислены ниже:

• CFC-11: используется в производстве пенополиуретана в качестве вспенивающего агента, в аэрозолях и лекарственных средствах в качестве пропеллента, в бытовом, коммерческом и промышленном холодильном оборудовании в качестве жидкости;
• CFC-12: применяется во всех процессах, в которых использовался CFC-11, а также смешивается с этиленоксидом в качестве стерилизатора;
• CFC-113: используется в элементах прецизионной электроники, таких как чистящие растворители;
• CFC-114: используется в аэрозолях и лекарствах в качестве пропеллента;
• CFC-115: используется в качестве жидкости в коммерческом холодильном оборудовании.

По оценкам, эти соединения примерно в 15 тысяч раз более вредны для озонового слоя, чем СО2 (углекислый газ).

В 1985 году Венская конвенция об охране озонового слоя была ратифицирована 28 странами. Обещая сотрудничество в исследованиях, мониторинге и производстве ХФУ, конвенция представила идею решения экологической проблемы на глобальном уровне до того, как ее последствия станут ощутимыми или получат научные доказательства. По этой причине Венская конвенция считается одним из величайших примеров применения принципа предосторожности на крупных международных переговорах.

В 1987 году группа из 150 ученых из четырех стран отправилась в Антарктиду и подтвердила, что концентрация монооксида хлора в этом регионе примерно в сто раз выше, чем где-либо еще на планете. Затем, 16 сентября того же года, Монреальский протокол установил необходимость постепенного запрета ХФУ и их замены газами, не вредными для озонового слоя. Благодаря этому протоколу 16 сентября считается Всемирным днем ​​защиты озонового слоя.

Венская конвенция об охране озонового слоя и Монреальский протокол были ратифицированы в Бразилии 19 марта 1990 г. и обнародованы в стране 6 июня того же года Указом № 99.280.

В Бразилии использование ХФУ было полностью прекращено в 2010 году, как показано на диаграмме ниже:

ГХФУ

Гидрохлорфторуглероды - это искусственные вещества, изначально импортируемые Бразилией в небольших количествах. Однако из-за запрета на ХФУ их использование растет. Основные приложения:

производственный сектор

• ГХФУ-22: кондиционирование воздуха и пенное охлаждение;
• ГХФУ-123: огнетушители;
• ГХФУ-141b: пены, растворители и аэрозоли;
• ГХФУ-142b: пены.

Сектор обслуживания

• ГХФУ-22: холодильная установка для кондиционирования воздуха;
• ГХФУ-123: холодильные машины (чиллеры);
• ГХФУ-141b: очистка электрических цепей;
• Смеси ГХФУ: охладители кондиционеров.

По оценкам Министерства окружающей среды (MMA), к 2040 году потребление ГХФУ в Бразилии будет прекращено. На диаграмме ниже показана эволюция использования ГХФУ:

бромистый метил

Это галогенированное органическое соединение, которое под давлением представляет собой сжиженный газ, который может иметь природное или синтетическое происхождение. Бромистый метил чрезвычайно токсичен и смертельно опасен для живых существ. Он широко использовался в сельском хозяйстве и для защиты складских товаров, а также для дезинфекции складов и заводов.

Бразилия уже заморозила импорт бромистого метила с середины 1990-х гг. В 2005 г. страна сократила импорт на 30%.

В таблице ниже показан график, установленный Бразилией для прекращения использования бромистого метила:

Согласно MMA, использование бромистого метила разрешено только для карантинной обработки и обработки перед транспортировкой, предназначенных для импорта и экспорта.

На графике ниже показана история потребления бромистого метила в Бразилии:

Галоны

Вещество галон производится искусственно и импортируется Бразилией. Он состоит из брома, хлора или фтора и углерода. Это вещество широко используется в огнетушителях для всех типов пожаров. Согласно Монреальскому протоколу, в 2002 году импорт галонов, относящихся к среднему бразильскому импорту в период с 1995 по 1997 год, будет разрешен, сократившись на 50% в 2005 году, а в 2010 году импорт будет полностью запрещен. Однако Постановление Конамы № 267 от 14 декабря 2000 г. пошло еще дальше, запретив импорт новых галонов с 2001 г., разрешив импорт только регенерированных галонов, поскольку они не являются частью графика исключения из протокола.

Галон-1211 и галон-1301 в основном используются для тушения морских пожаров, в аэронавигации, на нефтяных танкерах и нефтедобывающих платформах, в культурных и художественных коллекциях, а также на электрических и атомных электростанциях, помимо их использования. . В этих случаях использование разрешено в связи с его эффективностью при тушении очагов возгорания, не оставляя следов и не повреждая системы.

Согласно диаграмме ниже, Бразилия уже прекратила потребление галонов.

хлор

Хлор выбрасывается в атмосферу антропным путем (в результате деятельности человека), в основном за счет использования CFC (хлорфторуглеродов), что мы уже видели выше. Это газообразные синтетические соединения, широко используемые при производстве спреев, а также в старых холодильниках и морозильниках.

Оксиды азота

Некоторые естественные источники излучения - это микробные превращения и электрические разряды в атмосфере (молния). Они также генерируются антропогенными источниками. Главный из них - сжигание ископаемого топлива при высоких температурах. По этой причине выброс этих газов происходит в тропосфере, которая является слоем атмосферы, в которой мы живем, но они легко переносятся в стратосферу через механизм конвекции, а затем могут достигать озонового слоя, разрушая его.

Одним из методов предотвращения выбросов NO и NO2 является использование катализаторов. Катализаторы в промышленности и в автомобилях ускоряют химические реакции, которые превращают загрязнители в продукты, менее вредные для здоровья человека и окружающей среды, прежде чем они попадут в атмосферу.

оксиды водорода

Основным источником HOx в стратосфере является образование OH в результате фотолиза озона, в результате которого образуются возбужденные атомы кислорода, которые вступают в реакцию с парами воды.

Озоновая дыра

Изображение: НАСА

В 1985 году было обнаружено, что в период с сентября по ноябрь произошло значительное сокращение примерно на 50% стратосферного озона, что соответствует весеннему периоду в южном полушарии. Ответственность была возложена на действие хлора из ХФУ. Несколько исследований показали, что этот процесс продолжается с 1979 года.

Единственная дыра в озоновом слое находится над Антарктидой - в другом месте произошло медленное и постепенное истощение озонового слоя.

Однако в настоящее время наблюдается сильная тенденция к обращению вспять ущерба, нанесенного озоновому слою, благодаря мерам, принятым в Монреальском протоколе, как сообщила Программа развития Организации Объединенных Наций (ПРООН). Ожидается, что примерно к 2050 году слой будет восстановлен до уровней до 1980 года.

Любопытство: почему только на Южном полюсе?

Объяснение того, что дыра возникает только над Антарктидой, может быть дано особыми условиями Южного полюса, такими как низкие температуры и изолированные системы атмосферной циркуляции.

Из-за конвекционных течений воздушные массы циркулируют непрерывно, но в Антарктиде из-за чрезвычайно суровой зимы циркуляция воздуха не происходит, создавая конвекционные круги, ограниченные данной областью, которые называются полярными вихрями или вихрями.

См. Также это короткое видео, подготовленное Национальным институтом космических исследований (Inpe), посвященное разрушению озонового слоя ХФУ: