32. Ozonski sloj

Predavanje počinje uvođenjem ključne terminologije vezane za stratosferski ozon, uključujući ozonski omotač, ozonsku rupu, Dobsone jedinice, CFC-ove (hlorofluorougljenike) i HCFC-ove (hidrohlorofluorougljenike). Objašnjavaju se polarne stratosferske oblake, katalitičke i fotokemijske reakcije, te Montrealski protokol. Ozonski omotač sadrži 90% atmosferskog ozona i djeluje kao štit protiv štetnog ultraljubičastog zračenja.

Izvršen je proračun omjera miješanja ozona u jedinici ppmv na visini od 24 kilometra, gdje je parcijalni pritisak ozona oko 30 milipaskala. Pokazano je da je koncentracija ozona u ozonskom omotaču oko 200 puta veća od EPA standarda od jednog sata za ozon u graničnom sloju, što ga čini nepogodnim za disanje.

Raspravlja se o izazovima letenja na visinama ozonskog omotača, poput onih koje koriste supersonični avioni poput Concordea (17 km). Objašnjava se kako se zrak komprimira i hladi za kabinu, te kako visoke temperature nastale kompresijom uništavaju ozon. Dodatno, spominje se upotreba filtera s aktivnim ugljenom za uklanjanje preostalog ozona.

Dobsone jedinice su definirane kao mjera ukupne koncentracije ozona u stupcu, gdje 1 DU odgovara sloju ozona debljine 0,01 mm pri standardnoj temperaturi i pritisku. Prikazane su tipične vrijednosti od 100 do 500 DU. Vertikalni profil ozona varira s geografskom širinom, s višim položajima sloja blizu ekvatora i nižim prema polovima.

Objašnjava se hemija stvaranja ozona. UV fotoni disociraju O2 u atome kisika (O), koji se zatim brzo kombiniraju s drugim molekulama O2 kako bi formirali ozon (O3). Ozon se također brzo disocira UV zračenjem. Postoji ravnoteža između sporih procesa stvaranja i uklanjanja ozona, koji se prirodno javljaju zbog kisika u atmosferi i UV svjetlosti sa Sunca.

Predavanje pojašnjava različite vrste UV zračenja: UVA, UVB i UVC. UVA je manje štetno, UVB može uzrokovati rak kože, dok je UVC vrlo štetno i koristi se za sterilizaciju. Ozonski omotač apsorbira većinu UVB i gotovo svo UVC zračenje, djelujući kao vitalni zaštitni štit Zemlje, sprečavajući štetno zračenje da dosegne površinu.

Objašnjava se katalitička reakcija uništavanja ozona pomoću hlorinih atoma. Jedan atom hlora može uništiti dvije molekule ozona i ostati slobodan za ponovno djelovanje, čineći ga vrlo učinkovitim u uništavanju ozona. To je glavni konceptualni okvir koji objašnjava smanjenje ozonskog omotača zbog prisustva hlorina u atmosferi.

Prikazano je povećanje emisija CFC-a od 1960. do 2000. godine i njihov dugi vijek trajanja u atmosferi, uz napomenu da su i nakon smanjenja emisija, CFC-i i dalje prisutni. Diskutira se o Montrealskom protokolu (potpisanom 1987. godine), međunarodnom ugovoru koji je uspješno zabranio emisije CFC-a. Globalno smanjenje ozona iznosi oko 4%, ali se stabiliziralo zbog protokola.

Ozonska rupa je sezonsko i lokalno smanjenje ozona koje se javlja iznad Antarktika u septembru i oktobru. Otkrivena je 1984. godine, a njeno postojanje je utvrđeno i u ranijim podacima. Smanjenje ozona u njoj dostiže oko 50%, što je znatno više od globalnog prosjeka. Unatoč uspješnom Montrealskom protokolu, ozonska rupa i dalje postoji, s minimalnom vrijednosti od oko 100 Dobsonovih jedinica.

Istražuju se razlozi za specifičnu pojavu ozonske rupe nad Antarktikom. Glavni faktor je izuzetno niska temperatura u stratosferi Južnog pola tokom zime, koja je niža od temperature na drugim mjestima na Zemlji (doseže minus 80 do minus 85 stepeni Celzijusa). To omogućuje formiranje polarnih stratosferskih oblaka (PSC-ova).

Polarni stratosferski oblaci, sastavljeni od mješavine vode i dušične kiseline, zahtijevaju ekstremno niske temperature za formiranje. Ovi oblaci pružaju površine na kojima se odvijaju hemijske reakcije. Zarobljavanjem dušične kiseline u ledu, PSC-ovi doprinose oslobađanju dihlora (Cl2) iz inertnih spojeva hlora (kao što su HCl i ClONO2). Kada se svjetlost vrati u proljeće, Cl2 se disocira na Cl atome, koji zatim katalitički uništavaju ozon.

Montrealski protokol, međunarodni ugovor potpisan 1987. godine, uspješno je zabranio emisije CFC-a. Protokol je postao moguć jer je kompanija DuPont, najveći proizvođač CFC-a, otkrila zamjenu (HCFC-ove) koja ima kraći vijek trajanja i ne dovodi do nakupljanja hlora u atmosferi. To je dovelo do odustajanja industrije od protivljenja, što je rezultiralo smanjenjem emisija CFC-a skoro na nulu. Protokol se smatra jednim od najuspješnijih primjera saradnje u rješavanju ekoloških problema.