Cine distruge stratul de ozon?
În primul rând compuşii organici halogenaţi folosiţi ca agenţi refrigerenţi şi în spray-urile cu aerosoli unii compuşi organici volatili (COV), freonii – reprezintă derivaţi halogenaţi ai hidrocarburilor saturate utilizaţi în producerea frigului artificial (instalaţii casnice, comerciale şi industriale) sau ca agenţi de propulsare în industria cosmetica si farmaceutica. După eliberarea în atmosferă, aceste chimicale sunt descompuse de lumina solară, clorul reacţionând şi distrugând moleculele de ozon – pana la 100.000 de molecule de ozon pot fi distruse de o singura moleculă de cloro – fluoro – carbură.
Sursele care emit oxizi de azot (NOx) pot fi împărţite în 3 categorii: surse mobile, surse fixe şi alte surse; ponderea fiind de 50% pentru sursele mobile, 20% pentru sursele fixe şi restul pentru ceilalţi poluanţi. Sursele mobile sunt motoarele cu ardere internă care permit o ardere controlată a combustibilului pentru a produce lucrul mecanic necesar funcţionării acestora. Combustibilul care conţine un amestec de parafine şi hidrocarburi aromatice este ars în prezenţa aerului; la o combustie completă se obţine CO2 şi H2O: Combustibilul (HC) + O2 (aer) → CO2 + H2O + căldură
În timpul arderii, din cauza temperaturilor ridicate, se formează oxizii de azot în concentraţii de 100 – 3.000 ppm.
Din categoria surselor fixe, termocentralele generează aproape jumătate din „producţia” de oxizi de azot. La acestea se adaugă şi fabricile de ciment, de sticlă, laminoarele, oţelăriile, rafinăriile, fabricile de acid azotic, turbinele cu gaz, incineratoarele, motoarele Diesel staţionare etc., adică la toate tehnologiile unde sunt întâlnite temperaturi înalte, controlate sau necontrolate. Alte sursegeneratoare de oxizi de azot sunt naturale sau biologice şi includ fulgerele, incendiile de păduri, copaci, arbuşti, iarba şi desigur microorganismele. Fiecare din aceste surse produce cantităţi variabile din fiecare tip de oxizi de azot.
Un alt factor care contribuie la scăderea stratului de ozon îl constituie zborurile rachetelor cu utilizări multiple (ex. Shuttle) şi ale avioanelor supersonice (gazele eliminate de aceste avioane în timpul zborului conţin oxizi de azot).
Permanent, ozonul participă la procese reversibile de formare şi disociere prin reacţiile care au loc cu compuşii naturali conţinând azot (eliberaţi de sol şi de apa oceanelor), hidrogen (rezultat din vaporii de apă) şi clor (eliberat de oceane). Important de ştiut este faptul că aceste reacţii nu distrug echilibrul stratului de ozon stratosferic. Dezechilibrul este creat de apariţia în stratosferă a substanţelor sintetice din clasele cloro-fluoro-carburilor (CFC), hidrocloro-fluoro-carburilor (HCFC), halonilor şi a altor substanţe organice cu conţinut de halogeni (enumerate în Protocolul de la Montreal). Aceşti compuşi disociază sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete producând atomi de clor liberi şi foarte reactivi. Atomii de clor rezistă mulţi ani în atmosferă. Reacţiile care au loc între compuşii organici halogenaţi, radiaţiile UV şi ozon sunt redate în figura următoare:
Distrugerea stratului de ozon
Mecanismul formării ozonului poate fi prezentat în următoarele etape: dioxidul de azot reacţionează cu oxigenul din aer în prezenţa luminii ultraviolete (UV) solare formând ozon şi monoxid de azot. Monoxidul de azot format reacţionează cu radicalii liberi din atmosferă, care sunt rezultaţi din descompunerea sub acţiunea luminii ultraviolete a compuşilor organici volatili (volatile organic compounds – VOC). Aceşti radicali liberi transformă molecula de NO în NO2. În acest mod, se observă că fiecare moleculă de NO2 poate produce ozon de mai multe ori. Reacţia se desfăşoară până când molecula de VOC îşi reduce lanţul de atomi de carbon şi nu mai poate reacţiona sub acţiunea radiaţiei ultraviolete cu formarea de radicali liberi, adică încetează să mai fie fotoreactivă. În general aceeaşi moleculă de VOC poate participa în medie la cinci fotoreacţii.
Din cauză că oxizii de azot sunt transparenţi la lumina din domeniul vizibil (chiar dacă NO2 este de culoare brună, iar aproape inexistentul N2O3 este de culoare neagră), ceea ce face ca fotonii să străbată stratul fără a induce reacţii fotochimice; o durata de viaţă a lor este de câteva zile. Întrucât NO2 poate rezulta din NO oxidat de VOC, şi având o stabilitate destul de mare, acesta este capabil să fie purtat de curenţii atmosferici la distanţe mari înainte de a forma ozonul troposferic. În unele zone concentraţia mare de ozon (durata de viaţă a ozonului în aerul curat este doar de câteva ore) poate fi explicată doar datorită existenţei unor curenţi atmosferici care fac ca amestecul de oxizi de azot şi de substanţe volatile organice să fie deplasat de la poluator spre acele zone. Diferenţele observate între distanţele dintre zona poluată şi poluatori se pot explica prin condiţiile meteorologice diferite: viteza vântului, temperatură, precipitaţii, curenţi ascendenţi, descendenţi, alternanţa zi/noapte etc..
- HCl + ClONO2 → HNO3 + Cl2
- ClONO2 + H2O → HNO3 + HOCl
- HCl + HOCl → H2O + Cl2
- N2O5 + HCl → HNO3 + ClONO
- N2O5 + H2O → 2 HNO3
- CFC + UV → Cl
- Cl + O3 → ClO + O2
- ClO + O → Cl + O2
Ştim de multă vreme de această problemă?
Ce facem să protejăm stratul de ozon?
Primele studii asupra stratului de ozon datează din 1970 (savanţii americani M. Molina şi S. Rowland). Găuri în stratul de ozon au fost observate în multe regiuni ale globului terestru, în prezent ele sunt continuu monitorizate.
1985 este anul în care s-a pus serios problema protejării stratului de ozon., astfel s-a format Comitetul de Coordonare pentru protecţia stratului de ozon. Au fost luate măsuri severe, chiar interzicerea folosirii freonului şi a altor agenţi. Aplicarea acestor măsuri a permis încetinirea ritmului de creştere a găurilor de ozon, dar nu au oprit definitiv procesul.
Diminuarea stratului de ozon este mai accentuata iarna şi primăvara când norii polari stratosferici favorizează descompunerea compuşilor halogenaţi şi eliberarea clorului.
Evoluţia stratului de ozon, măsurat în unităţi Doubton se poate urmări pe site-ul NASA. Ce este o unitate Dobson? Unitatea Dobson (DU) este unitatea de măsură pentru ozonul total. Dacă s-ar aduna tot ozonul din atmosferă într-o coloană şi s-ar aduce la temperatura standard (0°C) şi presiunea (1013.25 milibari sau o atmosfera, sau „atm” , coloana ar fi aproximativ 0,3 centimetri grosime. Astfel, ozonul total va fi de 0.3atm•cm. Pentru a se lucra mai uşor cu „Unitatea Dobson „, aceasta este definită ca 0.001 atm•cm iar 0.3atm•cm sunt de fapt 300 DU.
Gaura de ozon
Este definită geografic ca o zonă în care cantitatea de ozon este sub 220 unităţi Dobson. Aceasta variază ca dimensiune şi poziţie în timpul anului.
Protocolul de la Montreal clasifică substanţele care distrug oxigenul din straturile superioare ale atmosferei în două grupe.
- Grupa I conţine CFC cloro-fluoro-carburi:
CFCl2, CF2Cl2, C2F3Cl3, C2F4Cl2, C2F5Cl .
- Grupa a II – a conţine substanţe denumite generic haloni:
CF2BrCl (halon-1211) , CF3Br (halon-1301), C2F4Br2 (halon-2402).
