Stratul de ozon joacă un rol fundamental în protejarea vieții pe Pământ, acționând ca un scut natural împotriva radiațiilor ultraviolete (UV) de la Soare. Înțelegerea compoziției sale, a reacțiilor chimice complexe care au loc în interiorul său și a factorilor care îi influențează stabilitatea sunt esențiale pentru înțelegerea atât a relevanței sale pentru mediu, cât și a riscurilor asociate cu deteriorarea sa.
De la descoperirea stratului de ozon și de la progresele științifice în chimia mediului înconjurător, îngrijorarea socială și politică a crescut., promovând tratatele internaționale și schimbări în obiceiurile de consum și producție. Mai jos, vă prezentăm un ghid detaliat și cuprinzător, într-un limbaj ușor de utilizat și complet actualizat, cu tot ce trebuie să știți despre chimia stratului de ozon, compoziția acestuia, mecanismele de formare și distrugere, precum și provocările actuale și viitoare cu care se confruntă acesta.
Ce este ozonul și unde se găsește?
Ozon (O3) este o formă alotropă a oxigenului, formată din trei atomi ai acestui element. Este un gaz incolor sau ușor albăstrui în concentrații mari și se remarcă prin mirosul său puternic, caracteristic, perceptibil chiar și în cantități foarte mici după o furtună sau în anumite condiții de mediu. Ozonul joacă roluri foarte diferite în funcție de locul în care se află în atmosferă, ceea ce face necesară distincția între două locații majore: stratosfera și troposfera.
În stratosferă, între 15 și 50 km altitudine, se află aproximativ 90% din ozonul prezent în întreaga atmosferă.. Această zonă este denumită în mod obișnuit stratul de ozon, vital pentru viața pe Pământ, deoarece filtrează radiațiile ultraviolete dăunătoare. Dacă tot ozonul stratosferic ar fi comprimat la presiunea de la nivelul mării, grosimea sa ar fi de doar 3 mm, dar acest strat subțire este esențial pentru a ne proteja de probleme precum cancerul de piele și cataracta.
În troposferă, adică de la suprafață până la aproximativ 15-18 km altitudine, Ozonul este considerat un poluant secundar. Aici, departe de a ne proteja, poate provoca iritații, probleme respiratorii și poate contribui la smogul fotochimic, una dintre principalele probleme de poluare a aerului din orașele mari și zonele industriale.
Proprietățile chimice și fizice ale ozonului
Ozonul este unul dintre cei mai puternici oxidanți prezenți în natură.. Este o moleculă instabilă, deoarece cei trei atomi de oxigen ai săi tind să se separe ușor, revenind la forma diatomică (O2). Densitatea sa este de 2,14 kg/m³ și este foarte solubil în apă. —deși mult mai puțin stabil decât în aer, cu un timp de înjumătățire de aproximativ 20 de minute comparativ cu cele 12 ore în care poate dura ca gaz ambiental.
Punctul său de topire este de -192 ºC, iar punctul său de fierbere este de -112 ºC, devenind albastru în concentrații mari. Fiind un oxidant foarte puternic, ozonul reacționează rapid cu alte molecule și compuși, în special cu cei care conțin azot, compuși organici volatili sau halogeni, cum ar fi clorul și bromul..
Ciclul ozonului în stratosferă: formarea și distrugerea naturală
Cunoștințele despre mecanismele de formare și distrugere a ozonului stratosferic au fost consolidate de fizicianul Sydney Chapman în 1930.printr-o serie de reacții fotochimice cunoscute sub numele de ciclul Chapman. Acest ciclu explică modul în care, în condiții naturale, cantitatea de ozon rămâne relativ constantă datorită echilibrului dintre formarea și distrugerea sa.
Formarea ozonului stratosferic: Totul începe atunci când radiația ultravioletă de înaltă energie (lungime de undă mai mică de 240 nm, categoria UV-C) atinge moleculele de oxigen (O2). Această radiație suficient de energetică rupe (disociază) moleculele de O2 în atomi individuali de oxigen (O).
- O2 + radiații UV → O + O
- O+O2 + M → O3 +M (unde M este orice moleculă neutră, de obicei N2 la O2, care absoarbe excesul de energie și stabilizează molecula de ozon).
Prin urmare, zona cu cea mai mare producție de ozon este stratosfera ecuatorială, deoarece acolo cade radiația ultravioletă cel mai intens.. Cu toate acestea, vânturile stratosferice distribuie ozonul spre latitudinile polare.
Odată formată, Ozonul absoarbe radiațiile UV-B, ducând la descompunerea sa în O2 și un atom de oxigen, într-o reacție inversă:
- O3 + Radiații UV → O2 + SAU
În condiții naturale, Oxigenul atomic poate reacționa și cu ozonul pentru a forma două molecule diatomice de oxigen.:
- O3 + O → 2 O2
Acest set de reacții menține echilibrul concentrației de ozon atâta timp cât nu intră în joc factori externi care să modifice echilibrul respectiv.. Totuși, acest echilibru delicat este ușor modificat de acțiunea anumitor molecule și radicali introduși de activitatea umană.
Puteți afla mai multe despre cum se formează stratul de ozon din acest articol..
Importanța ecologică a stratului de ozon
Stratul de ozon este esențial pentru viața așa cum o cunoaștem.. Acționează ca un scut care filtrează cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete B și C ale Soarelui, împiedicându-le să ajungă la suprafața Pământului. Fără acest filtru natural, radiațiile UV ar fi letale pentru majoritatea ființelor vii și ar afecta atât ecosistemele terestre, cât și pe cele acvatice.
Consecințele creșterii radiațiilor UV-B din cauza deteriorării stratului de ozon includ:
- Creșterea numărului de cazuri de cancer de piele și cataractă la om.
- Alterarea sistemului imunitar, ducând la o creștere a bolilor.
- Reducerea productivității agricole și forestiere din cauza pagubelor aduse culturilor și pădurilor.
- Impactul asupra ecosistemelor acvatice, în special a organismelor planctonice sensibile la radiații.
- Perturbări ale lanțului trofic și fotosintezei în organismele vegetale.
În plus, Ozonul stratosferic este responsabil pentru creșterea temperaturii în stratosferă, prin absorbția radiațiilor UV și transformarea acestora în căldură, ceea ce determină structura termică a atmosferei Pământului și stabilitatea climatică.
Ozonul troposferic: poluantul uitat
Spre deosebire de ozonul stratosferic, ozonul prezent în troposferă este un poluant secundar creat prin reacții fotochimice. între oxizii de azot (NOx), compuși organici volatili (COV) și acțiunea luminii solare. Acești precursori provin în principal din traficul rutier, procesele industriale și emisiile biogene.
Ozon troposferic:
- Contribuie la formarea smogului fotochimic, în special vara și în zonele anticiclonice.
- Este toxic pentru sănătatea umană, provocând iritații ale ochilor și gâtului, probleme respiratorii și boli agravante precum astmul.
- Provoacă daune vegetației și reduce randamentele culturilor.
- Contribuie la încălzirea globală ca gaz cu efect de seră.
Nivelurile sale cresc în orele centrale ale zilei, în special în zonele rurale și la periferia orașelor mari., deoarece acolo există mai puțin trafic și, prin urmare, un consum mai mic de ozon generat.
Distrugerea stratului de ozon: cauze și consecințe
Pentru o mare parte a secolului al XX-lea, se credea că echilibrul ciclului ozonului era neschimbat. Totuși, introducerea de noi substanțe chimice, în special clorofluorocarburi (CFC), haloni și bromuri, a modificat radical acest echilibru.
CFC-urile – compuși care conțin clor și fluor – utilizați pe scară largă în refrigerare, aer condiționat, aerosoli și spume, s-au dovedit a fi extrem de stabili și capabili să ajungă în stratosferă fără a se degrada.. Odată ajunși acolo, radiațiile ultraviolete le descompun, eliberând atomi de clor și brom extrem de reactivi.
Un singur atom de clor poate distruge până la 100.000 de molecule de ozon înainte de a fi eliminat de procesele atmosferice.. Aceste reacții au loc în cicluri catalitice, unde catalizatorul (halogenul) iese intact și poate continua să distrugă mai mult ozon:
- Cl + O3 → ClO + O2
- ClO + O → Cl + O2
Ciclul începe din nou, generând daune multiplicate în timp.
Poți afla în ce constă distrugerea stratului de ozon..
Gaura din stratul de ozon
Începând cu anii 80, sateliții și stațiile de măsurare din Antarctica au detectat o scădere îngrijorătoare a grosimii stratului de ozon în timpul primăverii australe.. Concentrațiile de ozon deasupra Polului Sud au scăzut cu până la 70% în lunile septembrie și octombrie.
Termenul „gaură de ozon” este folosit pentru a descrie zonele în care conținutul total de ozon scade sub 220 de unități Dobson. (TU). Imaginile din satelit arată cum, în fiecare primăvară, o mare parte din Antarctica este acoperită de această „zonă de vid”, afectând chiar și regiuni populate din emisfera sudică.
Gaura de ozon a atins suprafețe de peste 25 de milioane de km² timp de câteva săptămâni.2, aproape de două ori mai mare decât continentul Antarctic. În septembrie 2006, a fost înregistrată cea mai mică valoare înregistrată vreodată, cu doar 85 de DU deasupra estului Antarcticii.
Mai multe detalii despre evoluția găurii de ozon.
Impactul asupra sănătății și ecosistemelor
Epuizarea stratului de ozon stratosferic are consecințe grave asupra sănătății publice și a mediului.. Radiațiile ultraviolete B nefiltrate pot pătrunde la suprafață, crescând incidența:
- Cancer de piele (melanom și non-melanom)
- Cataracta și leziunile oculare
- Supresia sistemului imunitar
- Reducerea randamentului culturilor sensibile și modificări ale ciclurilor ecosistemelor acvatice
- Probleme în viața marină, în special în stadiile larvare ale fitoplanctonului și peștilor
În troposferă, prezența ozonului este asociată cu probleme respiratorii și cardiovasculare, în special la grupurile vulnerabile, cum ar fi vârstnicii, copiii, femeile însărcinate și persoanele cu boli cronice.
Uniunea Europeană și Organizația Mondială a Sănătății au stabilit limite de expunere la ozonul ambiental, recomandând să nu depășească 100 µg/m²3 ca medie zilnică, deoarece concentrațiile mai mari pot provoca tuse și iritații, precum și o funcție pulmonară redusă și o mortalitate crescută la persoanele sensibile.
Reacții chimice cheie în distrugerea stratului de ozon
Distrugerea accelerată a ozonului din stratosferă se datorează în principal ciclurilor catalitice care implică specii chimice reactive.. Aceste reacții sunt esențiale pentru înțelegerea modului în care se produce epuizarea stratului de ozon și a factorilor care o accelerează.
- Radicali halogenați (Cl, Br, ClO, BrO)
- radicali de azot (NU NU2)
- radicali hidroxil (OH) și peroxil (H O2)
Cele care au cel mai mare impact asupra distrugerii stratului de ozon sunt reacțiile asociate cu ClO și BrO. Ciclurile catalitice permit unei singure molecule de clor sau brom să distrugă mii sau chiar până la 100.000 de molecule de ozon înainte de a fi îndepărtată sau neutralizată.
Puteți consulta informații despre straturile atmosferei și influența lor asupra ozonului..
Măsurarea și monitorizarea stratului de ozon
Măsurarea ozonului din atmosferă se efectuează în principal folosind parametrul „Unitatea Dobson” (DU), care exprimă grosimea pe care ar ocupa-o ozonul total dacă ar fi comprimat în condiții normale de presiune și temperatură. Un UD este echivalent cu 2,69 × 1020 molecule de ozon pe metru pătrat.
Profilurile verticale de ozon sunt obținute folosind ozonosonde și sateliți echipați cu spectrofotometre, cum ar fi GOMOS instalat pe Envisat. Valorile normale variază între 200 și 500 UD, cu o medie globală apropiată de 300 UD.
Acțiuni internaționale: Protocolul de la Montreal și Amendamentul de la Kigali
Gravitatea problemei epuizării stratului de ozon a determinat o acțiune internațională fără precedent.. În 1985 a fost semnată Convenția de la Viena pentru protecția stratului de ozon, care a deschis calea pentru adoptarea... Protocolul de la Montreal în 1987. Aproape toate țările din lume au ratificat acorduri care interzic sau reglementează strict producția și consumul de substanțe care epuizează stratul de ozon (ODS).
Succesul Protocolului de la Montreal a fost răsunător.Eliminarea treptată a CFC-urilor, halonilor și a altor compuși a oprit declinul și a început refacerea stratului de ozon încă de la începutul secolului XXI. Cu toate acestea, înlocuitorii precum HCFC-urile și HFC-urile continuă să necesite reglementări suplimentare, în special datorită potențialului lor de a contribui la încălzirea globală.
Cooperarea internațională a fost esențială pentru protejarea stratului de ozon.
Refacerea stratului de ozon și perspectivele de viitor
Ultimele măsurători arată o tendință pozitivă către refacerea stratului de ozon., deși acest proces va fi lent din cauza duratei lungi de viață a compușilor emițători în atmosferă. Se estimează că, dacă politicile actuale continuă, o redresare completă la nivelurile de dinainte de 1980 ar putea fi realizată în jurul anului 2075.
Schimbările climatice influențează și ele redresarea, deoarece creșterea nivelului de gaze cu efect de seră ar putea modifica circulația și temperatura stratosferică, afectând distribuția ozonului. Cooperarea internațională și politicile stricte de mediu sunt esențiale pentru a menține și accelera această tendință.
Ce putem face ca cetățeni pentru a proteja stratul de ozon
Cu toții putem contribui la îngrijirea stratului de ozon prin mici acțiuni zilnice și prin adoptarea unor obiceiuri responsabile:
- Alegeți produse etichetate „fără CFC” sau „prietenoase cu stratul de ozon”.
- Preferați stingătoarele și sistemele de răcire care nu conțin haloni, CFC sau HCFC.
- Evitați utilizarea aerosolilor cu propulsori nocivi; Există formule sub formă de cremă, stick sau spray mecanic.
- Mențineți echipamentele de refrigerare și climatizare în stare bună și apelați la tehnicieni certificați pentru întreținere.
- Nu utilizați bromură de metil pentru fumigație domestică sau agricolă.
- Reduceți utilizarea mașinii, folosiți transportul în comun, mergeți pe jos sau cu bicicleta.
- Împărtășește importanța subiectului în cercurile tale familiale, educaționale și profesionale.
- Participați la campanii și activități de conștientizare cu privire la protejarea mediului.
Rolul educației și al conștientizării sociale
Educația de mediu este un element cheie în realizarea protejării stratului de ozon.. Informarea și educarea noilor generații cu privire la importanța acestui scut natural, riscurile asociate cu deteriorarea sa și acțiunile necesare pentru prevenirea acesteia sunt esențiale pentru a evita repetarea greșelilor din trecut.
Instituțiile de învățământ, mass-media și organizațiile sociale joacă un rol fundamental în diseminarea informațiilor și generarea conștientizării colective.
Fiecare persoană informată contribuie la apărarea planetei noastre.
Chimia stratului de ozon este un exemplu al complexității și fragilității marilor sisteme de mediu care susțin viața. Deși provocările au fost enorme, omenirea a demonstrat că cooperarea internațională și implicarea civică pot inversa tendințele periculoase. Totuși, succesul nu este garantat: acesta va depinde de vigilență continuă, inovație și responsabilitate comună în fiecare decizie care afectează mediul nostru.