Von Sauerstoff unter dem Einfluss von ultravioletten Strahlen. Die Erdatmosphäre hat in etwa 25 Kilometern Höhe eine Ozonschicht: Eine Schicht dieses Gases umgibt unseren Planeten dicht und schützt ihn vor hoher Konzentration ultravioletter Strahlung. Ohne dieses Gas könnte intensive Strahlung alles Leben auf der Erde töten.
Die Ozonschicht ist ziemlich dünn, sie kann den Planeten nicht vollständig vor dem Eindringen von Strahlung schützen, was sich nachteilig auf den Staat auswirkt und Krankheiten verursacht. Doch lange Zeit reichte es aus, um die Erde vor Gefahren zu schützen.
In den 1980er Jahren wurde entdeckt, dass es in der Ozonschicht Bereiche gibt, in denen der Gehalt dieses Gases stark reduziert ist – die sogenannten Ozonlöcher. Das erste Loch wurde von britischen Wissenschaftlern über der Antarktis entdeckt, sie waren erstaunt über das Ausmaß des Phänomens - ein Abschnitt mit einem Durchmesser von mehr als tausend Kilometern hatte fast keine Schutzschicht und war stärkerer ultravioletter Strahlung ausgesetzt.
Später wurden andere Ozonlöcher gefunden, die kleiner, aber nicht weniger gefährlich waren.
Gründe für die Bildung von Ozonlöchern
Der Mechanismus der Bildung der Ozonschicht in der Erdatmosphäre ist ziemlich komplex und verschiedene Gründe können zu seiner Verletzung führen. Zunächst boten Wissenschaftler viele Versionen an: Sowohl der Einfluss von Partikeln, die bei Atomexplosionen gebildet wurden, als auch die Auswirkungen des Ausbruchs des Vulkans El Chicon, es wurden sogar Meinungen über die Aktivitäten von Außerirdischen geäußert.
Die Gründe für den Abbau der Ozonschicht können der Mangel an Sonneneinstrahlung, die Bildung von Stratosphärenwolken und Polarwirbel sein, aber meistens sinkt die Konzentration dieses Gases aufgrund seiner Reaktionen mit verschiedenen Substanzen, die sowohl natürlich als auch anthropogen sein können . Moleküle werden unter dem Einfluss von Wasserstoff, Sauerstoff, Chlor und organischen Verbindungen zerstört. Bisher können Wissenschaftler nicht eindeutig sagen, ob die Bildung von Ozonlöchern hauptsächlich durch menschliche Aktivitäten verursacht wird oder ob sie natürlich ist.
Es ist erwiesen, dass Freone, die beim Betrieb vieler Geräte freigesetzt werden, Ozonverluste in mittleren und hohen Breiten verursachen, aber die Bildung von polaren Ozonlöchern nicht beeinflussen.
Es ist wahrscheinlich, dass die Kombination vieler menschlicher und natürlicher Faktoren zur Bildung von Ozonlöchern führte. Einerseits hat die vulkanische Aktivität zugenommen, andererseits haben die Menschen begonnen, die Natur ernsthaft zu beeinflussen - die Ozonschicht kann nicht nur durch die Freisetzung von Freon, sondern auch durch eine Kollision mit ausgefallenen Satelliten verursacht werden. Dank der Abnahme der Zahl der ausbrechenden Vulkane seit Ende des 20. Jahrhunderts und der Einschränkung der Verwendung von Freonen hat sich die Situation allmählich verbessert: Wissenschaftler haben kürzlich ein kleines Loch über der Antarktis registriert. Eine genauere Untersuchung des Ozonabbaus wird es ermöglichen, das Auftreten dieser Gebiete zu verhindern.
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler mit zunehmender Besorgnis den Abbau der Ozonschicht der Atmosphäre festgestellt, die ein Schutzschild gegen ultraviolette Strahlung ist. Die Gefahr liegt darin, dass ultraviolette Strahlung lebenden Organismen schadet.
Unter der Einwirkung von ultravioletter Strahlung zerfallen Sauerstoffmoleküle in freie Atome, die sich wiederum mit anderen Sauerstoffmolekülen zu Ozon verbinden können. Freie Sauerstoffatome können auch mit Ozonmolekülen reagieren, um zwei Sauerstoffmoleküle zu bilden. Somit wird ein Gleichgewicht zwischen Sauerstoff und Ozon hergestellt und aufrechterhalten.
Verschmutzungen vom Freon-Typ katalysieren (beschleunigen) jedoch den Prozess der Ozonzersetzung und brechen das Gleichgewicht zwischen ihm und Sauerstoff in Richtung einer Verringerung der Ozonkonzentration.
Angesichts der drohenden Gefahr auf dem Planeten hat die internationale Gemeinschaft den ersten Schritt zur Lösung dieses Problems unternommen. Es wurde ein internationales Abkommen unterzeichnet, wonach die Produktion von Freonen in der Welt von 1999. Sollte um etwa 50% reduziert werden.
Ozon
Ozon (O3) ist ein aggressives Gas mit stark oxidierender Wirkung. Aus dem Griechischen übersetzt bedeutet Ozon „Riechen“, da es einen scharfen, stechenden Geruch hat. Dieser Geruch ist nach einem Gewitter zu spüren.
Ozon entsteht in der Atmosphäre, wenn hochenergetische kurzwellige ultraviolette Strahlen und elektrische Entladungen auf Sauerstoff einwirken. Die hohe Energie spaltet Sauerstoff in einzelne Atome, die sich mit molekularem Sauerstoff zu Ozon verbinden.
Ozonmoleküle sind sehr instabil und zerfallen leicht, daher ist diese Reaktion reversibel.
Die ökologische Rolle von Ozon ist zweifach.
Als Bestandteil des photochemischen Smogs in der Nähe der Erdoberfläche gebildet, ist Ozon äußerst schädlich, da es stark oxidierend wirkt und die Schleimhäute der Augen und Atemwege reizt. An der Erdoberfläche entsteht Ozon bei Blitzentladungen und durch photochemische Reaktionen zwischen Stickoxiden und flüchtigen Kohlenwasserstoffen, die aus Autoabgasen freigesetzt werden. Neben Ozon entstehen bei diesen Reaktionen eine Reihe von aggressiven Stoffen. Sie sind auch starke Oxidationsmittel, wirken reizend, einige von ihnen sind krebserregend. Die Kombination dieser Stoffe wird als photochemischer Smog bezeichnet.
In der oberen Stratosphäre gebildetes Ozon bildet die Ozonschicht, die die Organismen der Erde vor der Einwirkung kurzwelliger ultravioletter Strahlen schützt. Bis zu 98% der Energie der kurzwelligen UV-Strahlen der Sonne werden für Ozonsynthesereaktionen aufgewendet, wodurch sie die Erdoberfläche nicht erreichen und sich nicht nachteilig auf den Körper auswirken. Dafür wird die Ozonschicht als „Schutzschild“ der Erde bezeichnet. Ohne sie könnte kein Leben auf der Erdoberfläche existieren.
Die Bildung der Ozonschicht wurde möglich, als die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre 1 % des derzeitigen Niveaus erreichte. Das Auftreten der Ozonschicht ermöglichte es dem Leben, Land zu erreichen, während Leben zuvor nur im Ozean existieren konnte.
Die Ozonschicht (Ozonosphäre) bedeckt den gesamten Globus und befindet sich in Höhen von 10 bis 50 km mit einer maximalen Ozonkonzentration in einer Höhe von 20-25 km. Die Sättigung der Atmosphäre mit Ozon ändert sich ständig in jedem Teil des Planeten und erreicht im Frühjahr in der Subpolarregion ein Maximum.
Die Ozonschicht erfüllt zwei wichtige Funktionen in der Atmosphäre:
- Schützt Organismen vor den schädlichen Wirkungen von UV-Strahlen, die Sonnenbrand, Hautkrebs, Katarakte (Trübung der Augenlinse) und Schwächung des Immunsystems verursachen;
- Sie bildet die Stratosphäre - eine Schicht der Atmosphäre, in der die Temperatur mit der Höhe zunimmt, was die Prozesse der Wetterbildung auf die Troposphäre begrenzt: Die oberen erhitzten Schichten der Atmosphäre verhindern das Aufsteigen kälterer Oberflächenluft. Ohne die Ozonschicht würde die Temperatur der Atmosphäre mit der Höhe allmählich abnehmen und das Temperaturregime der Erde wäre ein völlig anderes.
Ozonabbau
Mitte der 1960er Jahre. Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass es Faktoren gibt, die das Ozon in der Atmosphäre zerstören. Solche Faktoren sind freie Radikale aus Wasserdampf und Stickoxiden, die mit den Abgasen von Überschallflugzeugen in die Stratosphäre freigesetzt werden und aus den unteren Schichten der Troposphäre stammen.
1973 fanden die amerikanischen Chemiker F. Rowland und M. Molina heraus, dass Ozon durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe, bekannt als Freone, zerstört wird. Für diese Entdeckung F. Rowland und M. Molina im Jahr 1996. wurde mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.
1984 Eine Gruppe amerikanischer Wissenschaftler unter der Leitung von D. Farman veröffentlichte Daten aus Forschungsarbeiten in der Antarktis. Sie zeigten, dass im Frühjahr 1983 der Ozongehalt über der Antarktis auf 40 % gesunken ist. Laut D. Farman war „der Himmel über der Antarktis buchstäblich leer und es war schrecklich“ (Roun Sh., 1993).
Die Abnahme der Ozonkonzentration über der Antarktis wird als „Ozonloch“ bezeichnet. Derzeit entsprechen die Abmessungen des „Lochs“ fast der Fläche dieses Festlandes.
Der starke Rückgang der Ozonkonzentration über der Antarktis lässt sich aus mehreren Gründen erklären:
- Die Bildung von Ozon ist nur in Gegenwart von ultravioletten Strahlen möglich, sie tritt nicht während der Polarnacht auf;
- Niedrige Temperaturen tragen zur Bildung von stratosphärischen Eiswolken über der Antarktis bei, auf deren Partikeln Ozonzerstörungsreaktionen beschleunigt werden;
- Die Zirkulation von Luftmassen über der Antarktis hat einige Besonderheiten: Im Frühjahr bilden sich darüber aufsteigende Wirbelströme, die Luft aus der ozonarmen Troposphäre in dieses Gebiet saugen und das Einströmen ozonreicher Luft aus mittleren Breiten verhindern.
Der Hauptgrund für die Abnahme der Ozonkonzentration über der Antarktis ist die Bildung von stratosphärischen Eiswolken darüber, auf deren Partikeln die Prozesse der Ozonzerstörung durch Chlor aktiviert werden.
Nach der Entdeckung des "Ozonlochs" über der Antarktis wurden wissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt, um die Wirkung der Ozonkonzentration in der Atmosphäre auf biologische Objekte zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass bei einer Abnahme der Ozonkonzentration um 1% der Grad des Eindringens von ultravioletten Strahlen in die Atmosphäre um 1,5 - 2% zunimmt. Dies trägt zu einer Zunahme des Auftretens von Hautkrebs, Katarakten, einer Abnahme der Immunität von Organismen usw. bei.
Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass erhöhte Dosen ultravioletter Strahlung die Saatgutqualität, die Pflanzenresistenz gegen Dürre und Krankheiten verringern und die Produktion von antarktischem Phytoplankton und das Überleben von Fischbrut verringern, was katastrophale Auswirkungen auf die globale Fischerei haben kann. Bei einer Verringerung des Ozongehalts in der Atmosphäre um 25 % könnte die Phytoplanktonproduktion um 35 % zurückgehen.
Seitdem haben Messungen den weit verbreiteten Abbau der Ozonschicht auf fast dem gesamten Planeten bestätigt. Beispielsweise ist in Russland in den letzten zehn Jahren die Konzentration der Ozonschicht im Winter um 4-6 % und im Sommer um 3 % zurückgegangen.
Derzeit wird der Abbau der Ozonschicht von allen als ernsthafte Bedrohung für die globale Umweltsicherheit angesehen. Eine Abnahme der Ozonkonzentration schwächt die Fähigkeit der Atmosphäre, alles Leben auf der Erde vor der brutalen ultravioletten Strahlung (UV - Strahlung) zu schützen. Lebende Organismen sind sehr anfällig für ultraviolette Strahlung, da die Energie von nur einem Photon dieser Strahlen ausreicht, um die chemischen Bindungen in den meisten organischen Molekülen zu zerstören. Es ist kein Zufall, dass es in Gebieten mit niedrigem Ozongehalt zu zahlreichen Sonnenbränden, einer Zunahme von Hautkrebs usw. kommt. Neben Hautkrankheiten können Augenkrankheiten (Grauer Star usw.), Unterdrückung des Immunsystems usw. auftreten.
Es wurde auch festgestellt, dass Pflanzen unter dem Einfluss starker ultravioletter Strahlung allmählich ihre Fähigkeit zur Photosynthese verlieren und eine Störung der lebenswichtigen Aktivität von Plankton zu einer Unterbrechung der trophischen Ketten der Biota aquatischer Ökosysteme usw. führt.
Die Wissenschaft hat noch nicht vollständig festgestellt, was die Hauptprozesse sind, die die Ozonschicht verletzen. Es wird sowohl eine natürliche als auch eine anthropogene Entstehung von „Ozonlöchern“ angenommen. Letzteres ist nach Ansicht der meisten Wissenschaftler wahrscheinlicher und mit einem erhöhten Gehalt an Fluorchlorkohlenwasserstoffen (Freonen) verbunden. Freone sind in der industriellen Produktion und im Alltag weit verbreitet (Kühlgeräte, Lösungsmittel, Sprühgeräte, Aerosolverpackungen usw.). Beim Aufsteigen in die Atmosphäre zersetzen sich Freone unter Freisetzung von Chloroxid, das sich nachteilig auf Ozonmoleküle auswirkt.
Nach Angaben der internationalen Umweltorganisation Greenpeace sind die Hauptlieferanten von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (Freonen) die USA mit 30,85 %, Japan mit 12,42 %, Großbritannien mit 8,62 % und Russland mit 8,0 %. Die Vereinigten Staaten haben ein "Loch" in die Ozonschicht mit einer Fläche von 7 Millionen Quadratkilometern gestanzt, Japan - 3 Millionen Quadratkilometer, was siebenmal größer ist als die Fläche Japans selbst. In jüngster Zeit wurden in den USA und in einer Reihe westlicher Länder Fabriken zur Herstellung neuartiger Kältemittel (teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe) mit geringem Ozonabbaupotential errichtet.
Nach der Bewertung des Produktionsvolumens von Fluorchlorkohlenwasserstoffen und ihrer Freisetzung in die Atmosphäre kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass dies zur unausweichlichen Zerstörung der Ozonschicht führt.
Zu Fragen der Verringerung der Emissionen von Fluorchlorkohlenwasserstoffen in die Atmosphäre wurden internationale Treffen abgehalten und eine Reihe von Vereinbarungen unterzeichnet. 1989 Auf der Internationalen Konferenz in Helsinki einigten sich 81 Länder darauf, die Produktion aller Arten von Fluorchlorkohlenwasserstoffen bis zum Jahr 2000 einzustellen.
Gemäß dem Protokoll der Konferenz von Montreal (1990), das später in London (1991) und Kopenhagen (1992) überarbeitet wurde, war vorgesehen, die Emissionen von Fluorchlorkohlenwasserstoffen bis 1998 um 50 % zu reduzieren. Gemäß Art. 56 des Umweltschutzgesetzes der Russischen Föderation sind gemäß internationaler Vereinbarungen alle Organisationen und Unternehmen verpflichtet, die Produktion und Verwendung von ozonabbauenden Stoffen zu reduzieren und anschließend vollständig einzustellen. Das Gesetz sieht folgende Maßnahmen zum Schutz der Ozonschicht vor:
- Organisation von Beobachtungen von Veränderungen der Ozonschicht unter dem Einfluss wirtschaftlicher Aktivität und anderer Prozesse;
- Einhaltung der Standards für maximal zulässige Emissionen von Stoffen, die den Zustand der Ozonschicht beeinträchtigen;
- Regulierung der Herstellung und Verwendung von Chemikalien, die die Ozonschicht abbauen.
1993 wurde in unserem Land eine interministerielle Kommission eingerichtet, deren Aufgabe es ist, die Aktivitäten verschiedener Organisationen zu koordinieren, um die internationalen Verpflichtungen zum Schutz der Ozonschicht zu erfüllen und die Produktion von ozonabbauenden Stoffen bis zum Jahr 2000 zu stoppen. Es gibt auch eine intensive Entwicklung und Umsetzung von Maßnahmen, um die Emissionen von Schwefelverbindungen, Stickoxiden und anderen gefährlichsten Luftschadstoffen drastisch zu reduzieren.
Auch wenn das Protokoll von allen Ländern umgesetzt wird, muss das Problem des Schutzes der Menschen vor UV-Strahlung weiterhin angegangen werden, da viele der Fluorchlorkohlenwasserstoffe Hunderte von Jahren in der Atmosphäre verbleiben können.
Derzeit wird die Ozonschicht mit einer Rate von 0,5 - 0,7 % pro Jahr abgebaut.
Maßnahmen zur Verringerung des Ozonabbaus sind:
- Ein weltweites Verbot der Verwendung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen in Bereichen, in denen sie durch andere Stoffe ersetzt werden können;
- Nutzung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen aus gebrauchten Kühlschränken und Klimaanlagen;
- Vollständiges Verbot der Herstellung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen, Gallonen, Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff.
Das Problem des Ozonabbaus ist jedoch nicht auf die schädliche Wirkung von FCKW und Halonen beschränkt. Wie alle anderen biosphärischen Prozesse hängt die Ozonkonzentration in der Atmosphäre von vielen Faktoren ab, der Beziehung zwischen allen Mechanismen ihrer Bildung und Zerstörung. Die Ozonkonzentration wird insbesondere beeinflusst durch:
- Die Intensität der ultravioletten Strahlung - hängt von der Aktivität der Sonne ab, die 11-jährige und längere Zyklen hat;
- Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre hängt von der O2-Produktion der Pflanzen ab. Sie wird durch menschliche Entwaldung, das Umpflügen von Böden, bei denen die Zersetzungsprozesse organischer Stoffe beschleunigt werden, und das Verbrennen fossiler Brennstoffe verringert;
- Vulkanausbrüche - bringen riesige Mengen an Staub in die Atmosphäre, der Sonnenlicht, Stickoxide und Schwefel einfängt;
- Luftverschmutzung durch Industrieabgase (Stickoxide, Staub, Schwefelsäureaerosole) - Säuretröpfchen sind Zentren der Wasserdampfkondensation und damit Ursache der Wolkenbildung.
Eine Reihe von Wissenschaftlern beharren weiterhin auf dem natürlichen Ursprung des "Ozonlochs". Sie sehen die Gründe für sein Auftreten in der natürlichen Variabilität der Ozonosphäre, der zyklischen Aktivität der Sonne, während andere diese Prozesse mit Rifting und Entgasung der Erde in Verbindung bringen.
Zunächst einmal sollte klar sein, dass das Ozonloch entgegen seinem Namen kein Loch in der Atmosphäre ist. Das Ozonmolekül unterscheidet sich vom gewöhnlichen Sauerstoffmolekül dadurch, dass es nicht aus zwei, sondern aus drei miteinander verbundenen Sauerstoffatomen besteht. In der Atmosphäre wird Ozon in den sogenannten konzentriert Ozonschicht, in einer Höhe von etwa 30 km in der Stratosphäre. In dieser Schicht findet die Absorption der von der Sonne ausgesandten ultravioletten Strahlen statt – sonst könnte die Sonnenstrahlung dem Leben auf der Erdoberfläche großen Schaden zufügen. Daher verdient jede Bedrohung der Ozonschicht die ernsthafteste Haltung. 1985 entdeckten britische Wissenschaftler, die am Südpol arbeiteten, dass während des antarktischen Frühlings der Ozongehalt in der Atmosphäre deutlich unter dem Normalwert lag. Jedes Jahr zur gleichen Zeit nahm die Ozonmenge ab – mal mehr, mal weniger. Ähnliche, aber weniger ausgeprägte Ozonlöcher tauchten während des arktischen Frühlings auch über dem Nordpol auf.
In den folgenden Jahren fanden Wissenschaftler heraus, warum das Ozonloch auftritt. Wenn sich die Sonne versteckt und die lange Polarnacht beginnt, gibt es einen starken Temperaturabfall und es bilden sich hohe stratosphärische Wolken, die Eiskristalle enthalten. Das Auftreten dieser Kristalle verursacht eine Reihe komplexer chemischer Reaktionen, die zur Ansammlung von molekularem Chlor führen (das Chlormolekül besteht aus zwei verbundenen Chloratomen). Wenn die Sonne erscheint und der antarktische Frühling beginnt, werden unter dem Einfluss ultravioletter Strahlen intramolekulare Bindungen aufgebrochen und ein Strom von Chloratomen strömt in die Atmosphäre. Diese Atome wirken als Katalysatoren für die Umwandlung von Ozon in einfachen Sauerstoff, die nach folgendem Doppelschema abläuft:
Cl + O 3 -> ClO + O 2 und ClO + O -> Cl + O 2
Als Ergebnis dieser Reaktionen werden Ozonmoleküle (O 3) in Sauerstoffmoleküle (O 2) umgewandelt, während die ursprünglichen Chloratome in freiem Zustand bleiben und wieder an diesem Prozess teilnehmen (jedes Chlormolekül zerstört eine Million Ozonmoleküle vor ihnen durch andere chemische Reaktionen aus der Atmosphäre entfernt werden). Als Ergebnis dieser Umwandlungskette beginnt Ozon, aus der Atmosphäre über der Antarktis zu verschwinden und ein Ozonloch zu bilden. Doch bald, mit der Erwärmung, kollabieren die antarktischen Wirbel, frische Luft (mit neuem Ozon) strömt in das Gebiet und das Loch verschwindet.
1987 fand in Montreal die Internationale Konferenz zur Bedrohung der Ozonschicht statt, und die Industrieländer einigten sich darauf, die Produktion zu reduzieren und schließlich einzustellen chlorierte und fluorierte Kohlenwasserstoffe (Chlorkohlenwasserstoffe, FCKW) — Chemikalien, die die Ozonschicht abbauen. Bis 1992 war der Ersatz dieser Substanzen durch sichere Substanzen so erfolgreich, dass beschlossen wurde, sie bis 1996 vollständig zu eliminieren. Heute glauben Wissenschaftler, dass sich die Ozonschicht in fünfzig Jahren vollständig erholen wird.
Diese und andere neuere wissenschaftliche Erkenntnisse bekräftigen die Schlussfolgerung früherer Bewertungen, dass die Gesamtheit der wissenschaftlichen Beweise darauf hindeutet, dass der beobachtete Ozonverlust in mittleren und hohen Breiten hauptsächlich auf anthropogene chlor- und bromhaltige Verbindungen zurückzuführen ist.
Originaltext (englisch)
Diese und andere neuere wissenschaftliche Erkenntnisse bekräftigen die Schlussfolgerung der vorherigen Bewertung, dass das Gewicht der wissenschaftlichen Beweise darauf hindeutet, dass die beobachteten Ozonverluste in den mittleren und hohen Breiten größtenteils auf anthropogene Chlor- und Bromverbindungen zurückzuführen sind
Einer anderen Hypothese zufolge kann der Entstehungsprozess von "Ozonlöchern" weitgehend natürlich sein und ist nicht allein mit den schädlichen Auswirkungen der menschlichen Zivilisation verbunden.
Zur Bestimmung der Grenzen des Ozonlochs wurde ein Ozonmindestgehalt in der Atmosphäre von 220 Dobson-Einheiten gewählt.
Die Fläche des Ozonlochs über der Antarktis betrug 2018 durchschnittlich 22,8 Millionen Quadratkilometer (in den Jahren 2010-2017 lagen die durchschnittlichen Jahreswerte zwischen 17,4 und 25,6 Millionen Quadratkilometern, in den Jahren 2000-2009 zwischen 12,0 und 26,6). Millionen Quadratkilometer, 1990-1999 - von 18,8 auf 25,9 Millionen Quadratkilometer).
Geschichte [ | ]
Ein Ozonloch mit einem Durchmesser von über 1000 km wurde erstmals 1985 in der südlichen Hemisphäre über der Antarktis von einer Gruppe britischer Wissenschaftler entdeckt: (Englisch), (Englisch), (Englisch), der einen entsprechenden Artikel in der Zeitschrift Nature veröffentlicht hat. Jeden August erschien es und von Dezember bis Januar hörte es auf zu existieren. Über der Nordhalbkugel in der Arktis existieren im Herbst und Winter zahlreiche Mini-Ozonlöcher. Die Fläche eines solchen Lochs überschreitet nicht 2 Millionen km², seine Lebensdauer beträgt bis zu 7 Tage.
Bildungsmechanismus[ | ]
Aufgrund der fehlenden Sonneneinstrahlung wird in den Polarnächten kein Ozon gebildet. Kein Ultraviolett - kein Ozon. Ozonmoleküle mit großer Masse sinken auf die Erdoberfläche und werden zerstört, da sie bei Normaldruck instabil sind.
Rowland und Molina schlugen vor, dass Chloratome die Zerstörung großer Mengen Ozon in der Stratosphäre verursachen könnten. Ihre Ergebnisse basierten auf ähnlichen Arbeiten von Paul Joseph Crutzen und Harold Johnstone, die zeigten, dass Stickoxid (II) (NO) den Ozonabbau beschleunigen kann.
Eine Kombination von Faktoren führt zu einer Abnahme der Ozonkonzentration in der Atmosphäre, von denen die Hauptursache der Tod von Ozonmolekülen in Reaktionen mit verschiedenen Substanzen anthropogenen und natürlichen Ursprungs ist, insbesondere das Fehlen von Sonneneinstrahlung während des Polarwinters stabiler Polarwirbel, der das Eindringen von Ozon aus subpolaren Breiten verhindert, und die Bildung polarer Stratosphärenwolken (PSC), deren Oberflächenpartikel Ozonzerfallsreaktionen katalysieren. Diese Faktoren sind besonders typisch für die Antarktis, in der Arktis ist der Polarwirbel mangels kontinentaler Oberfläche viel schwächer, die Temperatur ist um einige Grad höher als in der Antarktis, und PSOs sind seltener und neigen auch dazu aufzubrechen im Frühherbst. Da Ozonmoleküle reaktiv sind, können sie mit vielen anorganischen und organischen Verbindungen reagieren. Die Hauptsubstanzen, die zur Zerstörung von Ozonmolekülen beitragen, sind einfache Substanzen (Wasserstoff, Sauerstoffatome, Chlor, Brom), anorganische (Chlorwasserstoff, Stickstoffmonoxid) und organische Verbindungen (Methan, Fluorchlor und Fluorbromfreone, die Chlor- und Bromatome abgeben). . Anders als beispielsweise Hydrofluorfreone, die zu Fluoratomen zerfallen, die wiederum schnell mit Wasser reagieren und stabilen Fluorwasserstoff bilden. Somit nimmt Fluor nicht an Ozonzerfallsreaktionen teil. Jod zerstört auch nicht das stratosphärische Ozon, da jodhaltige organische Stoffe selbst in der Troposphäre fast vollständig verbraucht werden. Die Hauptreaktionen, die zum Abbau von Ozon beitragen, sind im Artikel über die Ozonschicht aufgeführt.
Auswirkungen [ | ]
Die Schwächung der Ozonschicht erhöht den Fluss der ultravioletten Sonnenstrahlung, die in das Meerwasser eindringt, was zu einer erhöhten Sterblichkeit bei Meerestieren und -pflanzen führt.
Wiederherstellung der Ozonschicht[ | ]
Obwohl die Menschheit Maßnahmen ergriffen hat, um die Emissionen von chlor- und bromhaltigen Freonen zu begrenzen, indem sie auf andere Substanzen wie fluorhaltige Freone umgestiegen ist, wird der Prozess der Wiederherstellung der Ozonschicht mehrere Jahrzehnte dauern. Dies ist vor allem auf die enorme Menge an Freonen zurückzuführen, die sich bereits in der Atmosphäre angesammelt haben und eine Lebensdauer von zehn und sogar Hunderten von Jahren haben. Daher ist mit einer Verschärfung des Ozonlochs nicht vor 2048 zu rechnen. Laut Professorin Susan Solomon ist das Ozonloch über der Antarktis zwischen 2000 und 2015 um etwa die Größe Indiens geschrumpft. Laut NASA betrug im Jahr 2000 die durchschnittliche jährliche Fläche des Ozonlochs über der Antarktis 24,8 Millionen Quadratkilometer, im Jahr 2015 - 25,6 Millionen Quadratkilometer.
Missverständnisse über das Ozonloch[ | ]
Es gibt mehrere weit verbreitete Mythen über die Entstehung von Ozonlöchern. Trotz ihres unwissenschaftlichen Charakters erscheinen sie oft in den Medien [ ] - mal aus Unwissenheit, mal unterstützt von Verschwörungstheoretikern. Einige davon sind unten aufgeführt.
Das Ozonloch über der Antarktis gibt es schon lange[ | ]
Systematische wissenschaftliche Beobachtungen der Ozonschicht der Antarktis wurden seit den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts durchgeführt, aber erst in der zweiten Hälfte der 70er Jahre wurde die Bildung eines „stabilen“ antarktischen Ozonlochs entdeckt und seine schnelle Entwicklung (Zunahme in Größe und Abnahme der durchschnittlichen Ozonkonzentration innerhalb der Grenzen des Lochs ) in den 1980er und 1990er Jahren lösten panische Befürchtungen aus, dass der Point of no Return im Ausmaß der zerstörerischen anthropogenen Einwirkung auf die Ozonschicht bereits überschritten sei.
Freone sind die Hauptzerstörer von Ozon.[ | ]
Diese Aussage gilt für mittlere und hohe Breiten. Im Übrigen ist der Chlorkreislauf nur für 15-25 % des Ozonverlustes in der Stratosphäre verantwortlich. Gleichzeitig ist zu beachten, dass 80 % des Chlors anthropogenen Ursprungs sind (weitere Einzelheiten zum Beitrag verschiedener Kreisläufe finden Sie im Artikel zur Ozonschicht). Das heißt, menschliches Eingreifen erhöht den Beitrag des Chlorkreislaufs erheblich. Und wenn es eine Tendenz gäbe, die Produktion von Freonen vor dem Inkrafttreten des Montrealer Protokolls zu erhöhen (10 % pro Jahr), wären 30 bis 50 % des gesamten Ozonverlusts im Jahr 2050 auf die Exposition gegenüber Freonen zurückzuführen. Vor dem Eingriff des Menschen befanden sich die Prozesse der Ozonbildung und ihrer Zerstörung im Gleichgewicht. Aber durch menschliche Aktivitäten emittierte Freone haben dieses Gleichgewicht in Richtung einer Abnahme der Ozonkonzentration verschoben. Bei den polaren Ozonlöchern ist die Situation völlig anders. Der Mechanismus der Ozonzerstörung unterscheidet sich grundlegend von höheren Breiten, das Schlüsselstadium ist die Umwandlung inaktiver Formen halogenhaltiger Substanzen in Oxide, die auf der Oberfläche von Partikeln polarer Stratosphärenwolken auftritt. Infolgedessen wird bei Reaktionen mit Halogenen fast das gesamte Ozon zerstört, Chlor ist für 40-50% verantwortlich und Brom für etwa 20-40%.
DuPont-Stellung[ | ]
Nach der Veröffentlichung von Daten über die Beteiligung von Freonen an der Zerstörung des stratosphärischen Ozons nahm DuPont diese Theorie mit Feindseligkeit auf und gab Millionen von Dollar für eine Pressekampagne zum Schutz von Freonen aus. Der Vorsitzende von DuPont schrieb in einem Artikel vom 16. Juli 1975 in der Chemical Week, dass die Theorie des Ozonabbaus Science-Fiction sei, Unsinn, der keinen Sinn mache. Neben DuPont haben eine Reihe von Unternehmen auf der ganzen Welt verschiedene Arten von Freonen gebührenfrei hergestellt und produzieren dies auch weiterhin.
Freone sind zu schwer, um die Stratosphäre zu erreichen[ | ]
Es wird manchmal argumentiert, dass Freon-Moleküle, da sie viel schwerer als Stickstoff und Sauerstoff sind, die Stratosphäre nicht in nennenswerten Mengen erreichen können. Atmosphärische Gase werden jedoch vollständig gemischt und nicht geschichtet oder nach Gewicht sortiert. Schätzungen der erforderlichen Zeit für die Diffusionstrennung von Gasen in der Atmosphäre erfordern Zeiten in der Größenordnung von Tausenden von Jahren. In einer dynamischen Atmosphäre ist das natürlich nicht möglich. Die Prozesse des vertikalen Stofftransports, der Konvektion und der Turbulenz durchmischen die Atmosphäre unterhalb der Turbopause viel schneller vollständig. Daher werden selbst solche schweren Gase wie Edelgase oder Freone gleichmäßig in der Atmosphäre verteilt und erreichen sogar die Stratosphäre. Experimentelle Messungen ihrer Konzentrationen in der Atmosphäre bestätigen dies; Messungen zeigen auch, dass es etwa fünf Jahre dauert, bis an der Erdoberfläche freigesetzte Gase die Stratosphäre erreichen, siehe zweite Grafik rechts. Wenn sich die Gase in der Atmosphäre nicht vermischen würden, würden aufgrund ihrer Zusammensetzung so schwere Gase wie Argon und Kohlendioxid eine mehrere zehn Meter dicke Schicht auf der Erdoberfläche bilden, die die Erdoberfläche unbewohnbar machen würde. Aber das ist nicht so. Sowohl Krypton mit einer Atommasse von 84 als auch Helium mit einer Atommasse von 4 haben die gleiche relative Konzentration, die nahe der Oberfläche liegt, die bis zu 100 km hoch ist. All dies gilt natürlich nur für relativ stabile Gase wie Freone oder Inertgase. Stoffe, die Reaktionen eingehen und auch verschiedenen physikalischen Einflüssen ausgesetzt sind, sich beispielsweise in Wasser lösen, haben eine Konzentrationsabhängigkeit von der Höhe.
Die Hauptquellen von Halogenen sind natürlich, nicht anthropogen[ | ]
Chlorquellen in der Stratosphäre
Es wird die Meinung vertreten, dass natürliche Halogenquellen wie Vulkane oder Ozeane für den Prozess des Ozonabbaus bedeutender sind als vom Menschen erzeugte. Ohne den Beitrag natürlicher Quellen zur Gesamtbilanz der Halogene in Frage zu stellen, sei angemerkt, dass diese aufgrund ihrer Wasserlöslichkeit (hauptsächlich Chloridionen und Chlorwasserstoff) in der Regel nicht in die Stratosphäre gelangen und aus der Halogene ausgewaschen werden Atmosphäre, die als Regen auf den Boden fällt. Außerdem sind natürliche Verbindungen weniger stabil als Freone, zum Beispiel hat Methylchlorid eine atmosphärische Lebensdauer von nur etwa einem Jahr, verglichen mit Dutzenden und Hunderten von Jahren für Freone. Daher ist ihr Beitrag zur Zerstörung des stratosphärischen Ozons eher gering. Sogar der seltene Ausbruch des Mount Pinatubo im Juni 1991 verursachte einen Rückgang der Ozonwerte nicht aufgrund der freigesetzten Halogene, sondern aufgrund der Bildung einer großen Masse von Schwefelsäureaerosolen, deren Oberfläche Ozonzerstörungsreaktionen katalysierte. Glücklicherweise war nach drei Jahren fast die gesamte Masse der vulkanischen Aerosole aus der Atmosphäre entfernt. Daher sind Vulkanausbrüche relativ kurzfristige Faktoren, die die Ozonschicht beeinflussen, im Gegensatz zu Freonen, die eine Lebensdauer von mehreren zehn und hundert Jahren haben.
Das Ozonloch muss über den Freonquellen liegen[ | ]
Dynamik der Veränderungen der Größe des Ozonlochs und der Ozonkonzentration in der Antarktis nach Jahren
Viele verstehen nicht, warum das Ozonloch in der Antarktis entsteht, wenn die Hauptemissionen von Freonen in der nördlichen Hemisphäre auftreten. Tatsache ist, dass Freone in der Troposphäre und Stratosphäre gut gemischt sind. Aufgrund ihrer geringen Reaktivität werden sie in den unteren Schichten der Atmosphäre praktisch nicht verbraucht und haben eine Lebensdauer von mehreren Jahren oder sogar Jahrzehnten. Als leicht flüchtige molekulare Verbindungen gelangen sie relativ leicht in die obere Atmosphäre.
Das antarktische „Ozonloch“ selbst existiert nicht ganzjährig. Es tritt im späten Winter - frühen Frühling (August-September) auf und äußert sich in einer merklichen Abnahme der durchschnittlichen Ozonkonzentration in einem weiten geografischen Gebiet. Die Gründe, warum sich das Ozonloch in der Antarktis bildet, hängen mit den Besonderheiten des lokalen Klimas zusammen. Die niedrigen Temperaturen des antarktischen Winters führen zur Bildung des Polarwirbels. Die Luft in diesem Wirbel bewegt sich hauptsächlich entlang geschlossener Bahnen um den Südpol und vermischt sich schwach mit Luft aus anderen Breiten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Polarregion nicht von der Sonne beleuchtet, und in Abwesenheit von ultravioletter Strahlung wird kein Ozon gebildet, sondern angesammelt, bevor es zerstört wird (sowohl als Folge von Wechselwirkungen mit anderen Substanzen und Partikeln als auch spontan seitdem Ozonmoleküle sind instabil). Mit Beginn des Polartages steigt die Ozonmenge allmählich an und erreicht wieder das normale Niveau. Das heißt, Schwankungen der Ozonkonzentration über der Antarktis sind saisonal.
Verfolgen wir aber die Dynamik der Veränderungen der Ozonkonzentration und der Größe des Ozonlochs im Jahresmittel der letzten Jahrzehnte, dann gibt es einen ausgeprägten Trend zur Abnahme der durchschnittlichen Ozonkonzentration innerhalb eines riesigen geografischen Gebiets.
Quellen und Anmerkungen[ | ]
- Wissenschaftliche Bewertung des Ozonabbaus: 2006(Englisch) . Abgerufen am 13. Dezember 2007. Archiviert vom Original am 16. Februar 2012.
- "Wissen ist Macht" Wissenschaftsnachrichten: 27.12.99 (Russisch). Abgerufen am 3. Juli 2007. Archiviert vom Original am 16. Februar 2012.
Vor etwa vierzig Jahren wurde erstmals entdeckt, dass die Ozonschicht in der Erdatmosphäre zu schwinden begann. Die ersten, die das bemerkten, waren britische Wissenschaftler, die an einer Forschungsbasis in der Antarktis arbeiteten. Sie fanden heraus, dass sich die Dicke des Ozons über der Station Halley Bay fast halbiert hatte! Zu diesem Zeitpunkt waren die möglichen Ursachen dieses Phänomens noch nicht untersucht, sodass den Wissenschaftlern lediglich die Entwicklung der Situation zu beobachten blieb. Und die Ergebnisse gefielen ihnen überhaupt nicht - die Ozonlöcher schlossen sich nicht nur nicht, sondern breiteten sich sogar weit über den Südpol hinaus aus. Es gab also Informationen über eine neue globale Katastrophe.
Was genau sind Ozonlöcher?
Ozon ist ein Gas, das durch ultraviolette Strahlung der Sonne aus Sauerstoff entsteht. Es verhindert wiederum den Durchgang dieser Strahlung, deren Wirkung für alle lebenden Organismen schädlich ist. Eine Schicht dieses Gases befindet sich in einer Höhe von etwa zwanzig Kilometern über der Erdoberfläche und schützt den Planeten vor den negativen Auswirkungen der Sonnenenergie. Ozonlöcher sind Stellen, an denen die Dicke des Gases aus irgendeinem Grund abnimmt. In diesem Stadium reicht es noch aus, das Ultraviolett zu verzögern, aber wenn die Menschheit nichts unternimmt, um die Situation zu ändern, wird der Abbau der Ozonschicht nach einiger Zeit dazu führen, dass schädliche Strahlung ungehindert in die Atmosphäre eindringen kann und dann die Existenz des Lebens auf der Erde wird einfach unmöglich werden.
Warum entstehen Ozonlöcher?
Weltraumforschung
Und doch bleibt trotz der Vielfalt möglicher Versionen die wahrscheinlichste von ihnen anthropogen. Tatsächlich gab es Mitte des letzten Jahrhunderts zahlreiche Starts von Weltraumraketen, von denen jeder beim Start ein „Loch“ in der Atmosphäre hinterließ und die Ozonschicht durchbrach. In nur dreißig Jahren Weltraumforschung wurden 30 % der Schutzbarriere der Erde zerstört, die über vier Milliarden Jahre entstanden ist!
Freon
Freon ist eine zerstörerische Substanz für Ozon, die sowohl im Alltag als auch in der Industrie weit verbreitet ist. Es war in fast allen Gaskartuschen des letzten Jahrhunderts enthalten: in Haarsprays, Parfums, Deodorants, Feuerlöschern. Es war sogar in Kühlschränken und Klimaanlagen! Kein Wunder, dass täglich neue Ozonlöcher auftauchten und die Schutzschicht immer dünner wurde.
Lösungen
Bis heute bleibt das Problem akut und relevant. Es wurden zahlreiche Abkommen verabschiedet, die den Einsatz von ozonschichtschädigenden Stoffen in Produktion und Industrie untersagen. Doch damit nicht genug, denn es geht nicht nur darum, den Ozonabbau zu stoppen, sondern ihn auch wiederherzustellen. Und dieses Problem ist noch nicht gelöst.
