Uszkodzona Tarcza: czarne miejsce w
środku tego obrazu satelitarnego wskazuje dużą
powierzchnię zbyt cienkiej warstwy ozonu nad Antarktyką.
Jest najbardziej zewnętrzną powłoką Ziemi. Składa się z mieszaniny gazów, zwanych powietrzem atmosferycznym. Powietrze suche i czyste zalegające przy powierzchni Ziemi w 1 m^3 zawiera:
Poza składnikami gazowymi powietrze zwiera zmienna ilość pary wodnej 0-4% oraz zmienna ilość składników mineralnych i organicznych. Domieszkami powietrza atmosferycznego są także substancje ciekłe i stałe zwane aerozolami. Składają się na nie: pyłki roślin, bakterie, cząstki dymu, popioły (wulkaniczne i przemysłowe), cząstki soli, sadza pochodząca z gazów spalinowych i niegazowe produkty rozpadu radioaktywnego. Obecność aerozoli odnosi się tylko do dolnych warstw atmosfery.
W budowie atmosfery wyróżniamy dwie główne sfery: homosferę i heterosferę.
to warstwa jednorodna sięgająca do 80km, zbudowana z:
TROPOSFERY warstwa najbliższa Ziemi. Posiada największa gęstość. Jej wysokość zależy od temperatury powietrza i siły ciężkości czyli związana jest z natężeniem prądów wstępujących powietrza i ulega zmianie w różnych szerokościach geograficznych. Nad biegunami sięga do 80km, a nad równikiem do 17km. Cecha charakterystyczną troposfery jest spadek temperatury wraz z wysokością (0,6 st. C na każde 100m wysokości). Przy górnej granicy troposfery temperatura spada do -55 st. C. W troposferze jest zgromadzona niemal cala para wodna znajdująca się w atmosferze.
TROPOPAUZY zamyka i jednocześnie łączy troposferę z wyżej zalegającą stratosferą. Ta przejściowa warstwa odznacza się jednakową temperatura w przekroju poprzecznym.
STRATOSFERY sięga do 50km. Temperatura w jej dolnych partiach utrzymuje się na poziomie -55 st. C, a następnie wzrasta do ok. 0 st. C. Wzrost temperatury w stratosferze wynika z dokonujących się tam pod wpływem promieniowania słonecznego przemian tlenu w ozon, którym towarzyszą reakcje wyzwalające ciepło.
OZONOSFERY zalicza się tu stratosferę i górną część troposfery. Powłoka ozonowa jest naturalnym filtrem chroniącym organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym.
STRATOPAUZA cienka warstwa o stałej temperaturze ok. 0 st. C ponad stratosfera.
MEZOSFERA znajduje się nad stratopauzą. Jej grubość wynosi ok. 50km do 85km. W tej sferze temperatura spada, by w jej górnej części zejść do -90 st. C.
MEZOPAUZA zamyka mezosferę. Ma stałą temperaturę ok. -90 st. C.
jest druga sferą atmosfery, która zalega powyżej 80km. Składają się na nią nastepujące warstwy:
TERMOSFERA jest podwarstwą jonosfery.
JONOSFERA w warstwie tej wskutek silnej jonizacji gazów panują wysokie temperatury. Na wysokości 120km przekracza już 100 st. C. W jonosferze powstaje zjawisko zorzy polarnej.
EGZOSFERA zewnętrzna - najwyższa warstwa atmosfery ziemskiej. Charakteryzuje się silnym rozrzedzeniem powietrza. Wszystkie drobiny i atomy gazów są jonami i mogą z jednakowym prawdopodobieństwem wyzwalać się z grawitacyjnego pola Ziemi, jak i pozostawać pod jego wpływem. W egzosferze temperatura zaczyna się obniżać, by w przestrzeni międzyplanetarnej osiągnąć -273 st. C.
Ozon, forma tlenu z trzema atomami (zamiast dwóch jak w "normalnym" tlenie) jest wyraźnie toksyczny. 1 czastką tego gazu na milion części powietrza jest już dla ludzi trująca. Blisko powierzchni Ziemi ozon jest trucizna, która współuczestniczy w tworzeniu smogu fotochemicznego i kwaśnego deszczu. Na szczęście w niższej warstwie atmosfery-troposferze- znajduje się więcej niz 10% ozonu, pozostałe 90% gromadzi się wysoko w stratosferze. Juz 15-50km w górę od powierzchni Ziemi ozon staje się pożyteczny, tworzy warstwę ochronna dla życia. Ozon jest bowiem jedynym gazem w atmosferze, który zatrzymuje nadmiar promieniowania ultrafioletowego. W 1881 roku stwierdzono, że zawartą w tym promieniowaniu energię przetwarza na ciepło, dzięki czemu spełnia też funkcję atmosferycznego termoregulatora.
Dzieje się to dlatego, że ozon nie jest trwałą odmianą tlenu. Szybko następuje jego rozpad, w wyniku którego powstają cząsteczki tlenu (O2). Tlen również ulega rozbiciu na bardzo reaktywne atomy (O), które przyłączają się do cząsteczek tlenu, tworząc na powrót ozon (O3). Wszystkie te procesy pochłaniają energie promieniowania UV i w ten sposób osłabiają je czyli redukują szkodliwe działanie.
Koncentracje ozonu mierzy się w jednostkach zwanych dobsonami (od nazwiska konstruktora przyrządów pomiarowych). Ozon nie jest rozłożony rownomiernie nad cała powierznią Ziemi. Średni poziom wynosi 300 D, podczas gdy nad równikiem jest tylko ok. 250 D. Gdyby nie istniały wiatry stratosferyczne, najwięcej ozonu byłoby właśnie ok. 30km nad równikiem.
Wprawdzie masa ozonu stanowi zaledwie 5/100 000 masy calej atmosfery, jednak gdyby nie ten delikatny filtr, promieniowanie ultrafioletowe mogłoby zniszczyć życie na lądzie i w powierzchniowych warstwach wody. Już strata 1% ozonosfery spowodować możę wzrost promieniowania ultrafioletowego na Ziemi, a przez to zniszczenie chlorofilu, zmiany klimatyczne, wzrost liczby zachorowań na raka skóry i choroby oczu (głównie na zaćmę).
Nadmiar promieni UV (zwłaszcza UVB) powoduje osłabienie odporności na zarażenia chorobami wirusowymi (np. wirusem opryszczki - herpes, czego często doświadczają narciarze na wiosnę w górach) i pasożytniczymi. Co najgroźniejsze uszkodzony system odpornościowy organizmu ułatwia powstawanie różnych form nowotworów, zwłaszcza skóry. Najzłośliwsza forma raka skóry to czerniak, który rozwija się często z przebarwień, znamion i różnych "pieprzyków". Usunięcie 10% ozonu spowoduje zwiększenie zachorowań na raka skóry o 26%, a na dzień dzisiejszy dane zdrowotne wskazują, że liczba przypadków raka skóry zwiększa się na naszym kontynencie o 5-7 procent rocznie. Zdaniem ekspertów medycznych, ta groźna tendencja jest przynajmniej w polowie wynikiem spadku stężenia ozonu w górnych warstwach atmosfery.
Promieniowanie ultrafioletowe przyspiesza proces starzenia się skóry i wczesne pojawienie się takich zmian, jak zgrubienie, przebarwienie, zmarszczki. Również w niebiezpieczeństwie są oczy. Wiele osób zna już skutki długiego przebywania na słońcu, zaczerwienienie, podrażnienie spojówek, jest on jedną z przyczyn powstawania zaćmy. Wzrost promieniowania UV na obszarach największego rozrzedzenia warstwy ozonu nie tylko wpływa niekorzystnie na zdrowie ludzki, także wpływaa na produkcje żywności i pogorszenia sie jej jakości. Ponad dwie trzecie gatunków roślin, u których sprawdzono reakcje na ultrafiolet, okazało się wrażliwych na promieniowanie. Większość z nich to podstawowe gatunki zbóż i innych roślin uprawnych. Promieniowanie ultrafioletowe przenika w głąb wody, nieraz nawet poniżej 20m w przypadku wód przezroczystych. Plankton zwierzęcy i roślinny jest szczególnie wrażliwy na promieniowanie, a wszelkie uszkodzenia i zmniejszenia produkcji planktonu odbijają się natychmiast w dalszych ogniwach łańcucha pokarmowego. Ucierpi więc produkcja ryb i zmniejszą sie wyniki połowów.
Organizmy ludzkie bronią się przed nadmiarem ultrafioletu produkując ochronna warstwę pigmentu (efektem ochrony jest opalenizna). Także niektóre gatunki drobnych organizmów planktonowych, produkują pigment - melaninę, ale te możliwosci samoobrony są ograniczone.
Problem pojawił się gdy zaczęto używać związku CCl2F2, zwanego freonem 12 oraz innych fluoropochodnych metanu i etanu (nazwanych wspólnie freonami lub CFC) do produkcji aerozoli. Związki te wykorzystywane były w konstrukcji systemów chłodniczych:
Po pewnym czasie stwierdzono, jak katastrofalne skutki przynosi używanie tych związkow dla warstwy ozonowej. Cząsteczki freonów nie wchodzą w reakcję z innymi substancjami i nie rozpadają się, mogą więc żyć w atmosferze ponad 100 lat. Owa niezniszczalność freonów oraz lekkość pozwalająca na przenikanie aż do ozonosfery zaniepokoiły dwóch chemików. Z ich założeń wynikało, że w ozonosferze miliony ton lekkich freonów pod wpływem promieniowania ultrafioletowego rozkładają się na pierwiastki: węgiel, fluor i chlor. Wprawdzie węgiel spala się, ale fluor i jeszcze silniej chlor rozpoczynają reakcję łańcuchową z ozonem powodując tworzenie się tlenków i powstanie zwykłego tlenu dwuatomowego.
Gazami szkodliwymi dla ozonu są również węglowodory (CxHy) i tlenki azotu (NOx). Te ostatnie mogą przebywać w atmosferze nawet ponad sto piećdziesiąt lat.
Dziura ozonowa, spadek zawartości ozonu (O3) na wysokości 15-20km głównie w obszarze bieguna południowego.
Na początku lat 80. Satelita meteorologiczny przesłał na Ziemię zastanawiające zdjęcia:
|
Uszkodzona Tarcza: czarne miejsce w
środku tego obrazu satelitarnego wskazuje dużą |
W 1982 roku dr Farman w czsie badań na Antarktydzie Zachodniej odkrył, że znaczna część pokrywy ozonowej nad biegunem zanikła. Przez następne lata dziura ozonowa nad biegunem powiększała się tak, że w październiku 1987 roku ilość ozonu była tam o 50% mniejsza niż przed jej odkryciem, w 1989 roku w wyższych warstwach zniknęło nawet ponad 95% ozonu. Według różnych badańń stwierdzono, że za zanik ozonu odpowiedzialna jest rosnąca koncentracja freonów.
Tempo globalnego spadku ozonu stratosferycznego pod wpływem działalności człowieka (z wyjątkiem Antarktydy), oszacowane na podstawie bada satelitarnych, wynosi 0,4-0,8% na rok w północnych, umiarkowanych szerokościach geograficznych i mniej niż 0,2% w tropikach. Dziura ozonowa nad Antarktydą powiększyła się o 15% od czasu jej odkrycia. Dalej rozprzestrzenia się nad południową Argentyną i Chile. Zmniejszenie się ilości ozonu sięga 70%. Na wysokościach 14-17 km występują prawie całkowite braki ozonu.
Wiatry stratosferyczne spychają powietrze wzbogacone w ozon znad równika w stronę biegunów. Transport ozonu znad równika w kierunku północnym i południowym osiąga szczególnie dużą wydajność, gdy na danej półkuli kończy się noc polarna. Ruchy mas powietrznych nie są jednak symetryczne i faworyzują półkulę północną, która otrzymuje ponad połowę ozonu. Na początku antarktycznej nocy polarnej (u nas zaczyna się wiosna) nad całym obszarem Antarktydy formuje się bardzo regularny i stabilny wir, w którym powietrze przez pół roku krąży wokół bieguna. Następstwa odizolowania od dopływu powietrza równikowego są oczywiste: procesy rozpadu ozonu biorą górę nad procesami jego wytwarzania i ilość ozonu nad Antarktydą zaczyna maleć. Najmniejszą ilość ozonu stwierdza się na przełomie antarktycznej zimy i wiosny (październik), na krótko przed rozpadem zimowego wiru i dopływem świeżego powietrza od strony równika. W 1991 roku po raz pierwsy w historii w dolnych warstwach stratosfery nad Antarktydą zanotowano kilkudniowy całkowity brak ozonu.
Spadek ilości ozonu zanacza się szczególnie wyraźnie w miesiącach zimowych np. na przełomie stycznia i lutego 1992 roku przykrywająca Polskę warstwa ozonu była przez kilka dni niemal dwukrotnie cieńsza od przeciętnej. Zanotowano 191 D, gdy zazwyczaj o tej porze pomiary wynosiły 350 D.
W celu ochrony inicjatywy UNEP (Program Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych) przedstawiciele 31 państw podpisali w 1987 roku Protokół Montrealski - umowę zakładającą 50-procentowy spadek produkcji freonów do roku 2000, w stosunku do 1986. Od 1990 obserwowane jest zmniejszenie tempa wzrostu freonów w atmosferze - z 5% rocznie do mniej niż 3%.
W Polsce nadal używa się produktów zawierających freon, które wycofano już w innych krajach. Nasz kraj podpisał co prawda Protokół Montrealski, nie jest to jednak ściśle przestrzegane. Przystąpiliśmy do tej konwencji tylko jako użytkownicy, ponieważ nie produkuje się u nas freonów ani halonów.
Generalnie doniesienia telewizyjne i prasowe uwidaczniają, z jakim zapałem nasi naukowcy badają dziury ozonowe... Prowadzi się coraz dokładniejsze pomiary. Porównać je można z wieloletnią diagnostyką, po której nie następuje terapia. Tak więc mierzą dalej, w bezludnych okolicach pracują stacje miernicze, specjalne samoloty i balony wysokościowe okrążają Ziemię. Naukowcy w przygodowej pozie i ubiorach odpornych na wpływy atmosferyczne przed kamerami telewizyjnymi, które muszą być świadkami sukcesu - mierzą, badają.
Dopóki mierzą - nie trzeba nic robić?