Ozonhullet er et lokalt fald i koncentrationen af ozon i Jordens ozonlag . Ifølge den teori, der er almindeligt accepteret i det videnskabelige samfund, førte den stadigt voksende indvirkning af den menneskeskabte faktor i anden halvdel af det 20. århundrede i form af frigivelsen af klor- og fluorholdige freoner til en betydelig udtynding af ozonlaget, se f.eks. rapporten fra World Meteorological Organisation [1] :
Disse og andre nylige videnskabelige resultater forstærkede konklusionen af tidligere vurderinger om, at mængden af videnskabelige beviser tyder på, at det observerede tab af ozon på mellem- og høje breddegrader hovedsageligt skyldes menneskeskabte klor- og bromholdige forbindelser.
Originaltekst (engelsk)[ Visskjule] Disse og andre nyere videnskabelige resultater styrker konklusionen fra den tidligere vurdering om, at vægten af videnskabelig evidens tyder på, at de observerede ozontab på mellem- og højbreddegrader i høj grad skyldes menneskeskabte klor- og bromforbindelserFor at bestemme grænserne for ozonhullet blev et minimumsniveau af ozon i atmosfæren på 220 Dobson-enheder valgt .
Arealet af ozonhullet over Antarktis var i gennemsnit 22,8 millioner kvadratkilometer i 2018 (i 2010-2017 varierede de gennemsnitlige årlige værdier fra 17,4 til 25,6 millioner kvadratkilometer, i 2000-2009 - fra 12,0 til 26,6 millioner kvadratkilometer, i 1990-1999 - fra 18,8 til 25,9 millioner kvadratkilometer). [2]
Et ozonhul med en diameter på over 1000 km blev først opdaget i 1985 på den sydlige halvkugle , over Antarktis , af en gruppe britiske videnskabsmænd: J. Shanklin , J. Farman , B. Gardiner , der publicerede den tilsvarende artikel i tidsskriftet Nature . Hver august dukkede den op, og i december-januar ophørte den med at eksistere. Der findes talrige mini-ozonhuller over den nordlige halvkugle i Arktis om efteråret og vinteren. Arealet af et sådant hul overstiger ikke 2 millioner km², dets levetid er op til 7 dage [3] .
I de polare nætter dannes der ikke ozon, da ultraviolet stråling ikke påvirker iltmolekyler. Med en stor masse falder ozonmolekyler ned til jordens overflade og ødelægges, da de er ustabile ved normalt tryk.
Rowland og Molina foreslog, at kloratomer kunne forårsage ødelæggelse af store mængder ozon i stratosfæren . Deres resultater var baseret på lignende arbejde af Paul Joseph Crutzen og Harold Johnstone, som viste, at nitrogenoxid (II) (NO) kan fremskynde ozonnedbrydningen.
En kombination af faktorer fører til et fald i koncentrationen af ozon i atmosfæren, hvoraf den vigtigste er døden af ozonmolekyler i reaktioner med forskellige stoffer af menneskeskabt og naturlig oprindelse, fraværet af solstråling under den polare vinter, en særlig stabil polar hvirvel , som forhindrer indtrængning af ozon fra subpolære breddegrader, og dannelsen af polære stratosfæriske skyer (PSC), hvis overfladepartikler katalyserer ozonnedbrydningsreaktioner. Disse faktorer er især karakteristiske for Antarktis, i Arktis er polarhvirvelen meget svagere på grund af manglen på en kontinental overflade, temperaturen er flere grader højere end i Antarktis, og PSO'er er mindre almindelige, og de har også en tendens til at bryde op i det tidlige efterår. Da ozonmolekyler er reaktive, kan de reagere med mange uorganiske og organiske forbindelser. De vigtigste stoffer, der bidrager til ødelæggelsen af ozonmolekyler, er simple stoffer ( brint , oxygenatomer , klor , brom ), uorganiske ( hydrogenchlorid , nitrogenmonoxid ) og organiske forbindelser ( metan , fluorchlor og fluorbromin, som frigiver klor- og bromatomer ). I modsætning til for eksempel hydrofluorfreoner, som nedbrydes til fluoratomer , som igen hurtigt reagerer med vand og danner stabilt hydrogenfluorid . Fluor deltager således ikke i ozonnedbrydningsreaktioner. Jod ødelægger heller ikke stratosfærisk ozon , da jodholdigt organisk stof næsten helt forbruges selv i troposfæren . De vigtigste reaktioner, der bidrager til ødelæggelsen af ozon, er angivet i artiklen om ozonlaget .
Svækkelsen af ozonlaget øger strømmen af ultraviolet solstråling, der trænger ind i havets farvande, hvilket fører til en stigning i dødeligheden blandt marine dyr og planter [4] [5] .
Selvom menneskeheden har truffet foranstaltninger for at begrænse emissioner af chlor- og bromholdige freoner ved at skifte til andre stoffer, såsom fluorholdige freoner [6] , vil processen med at genoprette ozonlaget tage flere årtier. Først og fremmest skyldes dette den enorme mængde freoner , der allerede er akkumuleret i atmosfæren , som har en levetid på ti og endda hundreder af år. Derfor bør stramningen af ozonhullet ikke forventes før 2048. [7] Ifølge professor Susan Solomon krympede ozonhullet over Antarktis mellem 2000 og 2015 omtrent på størrelse med Indien. [8] Ifølge NASA var det gennemsnitlige årlige areal af ozonhullet over Antarktis i 2000 24,8 millioner km², i 2015 - 25,6 millioner km², i 2020 - 23,5 millioner kvadratmeter. km [9] .
Der er flere udbredte myter om dannelsen af ozonhuller. På trods af deres uvidenskabelige karakter optræder de ofte i medierne [10] - nogle gange af uvidenhed, nogle gange støttet af konspirationsteoretikere . Nogle af dem er anført nedenfor.
Systematiske videnskabelige observationer af ozonlaget i Antarktis er blevet udført siden 20'erne af det XX århundrede, men først i anden halvdel af 70'erne blev dannelsen af et "stabilt" antarktisk ozonhul opdaget, og dets hurtige udvikling (stigning i størrelse og fald i den gennemsnitlige koncentration af ozon inden for hullets grænser ) i 1980'erne og 1990'erne forårsagede panikangst for, at point of no return i graden af destruktiv menneskeskabt påvirkning af ozonlaget allerede var passeret.
Dette udsagn gælder for mellem- og høje breddegrader. I resten er klorkredsløbet kun ansvarlig for 15-25 % af ozontabet i stratosfæren. Samtidig er 80 % af klor af menneskeskabt oprindelse [11] (for flere detaljer om bidraget fra forskellige cyklusser, se artiklen om ozonlag ). Det vil sige, at menneskelig indgriben i høj grad øger bidraget fra klorkredsløbet. Og hvis der var en tendens til at øge produktionen af freoner før Montreal-protokollens ikrafttræden (10 % om året), ville fra 30 til 50 % af det samlede ozontab i 2050 skyldes eksponering for freoner. [12] Før menneskelig indgriben var processerne med ozondannelse og dens ødelæggelse i ligevægt. Men freoner, der udsendes af menneskelig aktivitet, har flyttet denne balance i retning af et fald i ozonkoncentrationen. Hvad angår de polære ozonhuller, er situationen en helt anden. Mekanismen for ozonnedbrydning er fundamentalt forskellig fra højere breddegrader, nøglestadiet er omdannelsen af inaktive former for halogenholdige stoffer til oxider, som forekommer på overfladen af partikler af polære stratosfæriske skyer. Og som et resultat ødelægges næsten al ozon i reaktioner med halogener, klor er ansvarlig for 40-50% og brom er omkring 20-40%. [13]
DuPonts positionDuPont - firmaet tog efter offentliggørelsen af data om freoners deltagelse i ødelæggelsen af stratosfærisk ozon denne teori med fjendtlighed og brugte millioner af dollars på en pressekampagne for at beskytte freoner. Formanden for DuPont skrev i en artikel i Chemical Week den 16. juli 1975, at "teorien om ozonnedbrydning er science fiction; vrøvl, der ikke giver mening" [14] . Ud over DuPont-virksomheden har en række virksomheder verden over produceret og producerer forskellige typer freoner uden fradrag af royalties [15] .
Det hævdes undertiden, at da Freon-molekyler er meget tungere end nitrogen og oxygen, kan de ikke nå stratosfæren i betydelige mængder. Men atmosfæriske gasser blandes fuldstændigt og ikke lagdelt eller vægtsorteret. Estimater af den nødvendige tid til diffusionsadskillelse af gasser i atmosfæren kræver tider i størrelsesordenen tusinder af år. Det er selvfølgelig ikke muligt i en dynamisk atmosfære. Processerne med vertikal masseoverførsel, konvektion og turbulens blander fuldstændig atmosfæren under turbopausen meget hurtigere. Derfor er selv så tunge gasser som inerte eller freoner jævnt fordelt i atmosfæren, herunder når de når stratosfæren . Eksperimentelle målinger af deres koncentrationer i atmosfæren bekræfter dette ; Målinger viser også, at det tager omkring fem år for gasser, der frigives på jordens overflade, at nå stratosfæren, se den anden graf til højre. Hvis gasserne i atmosfæren ikke blandede sig, ville så tunge gasser fra dens sammensætning som argon og kuldioxid danne et flere titusmeter tykt lag på Jordens overflade, som ville gøre Jordens overflade ubeboelig. Men det er det ikke. Både krypton med en atommasse på 84 og helium med en atommasse på 4 har den samme relative koncentration, som er nær overfladen, som er op til 100 km i højden. Selvfølgelig gælder alt ovenstående kun for gasser, der er relativt stabile, såsom freoner eller inerte gasser. Stoffer, der indgår i reaktioner og også udsættes for forskellige fysiske påvirkninger, f.eks. opløses i vand, er afhængige af koncentrationen af højden.
Der er en opfattelse af, at naturlige kilder til halogener , såsom vulkaner eller oceaner , er mere betydningsfulde for ozonnedbrydningsprocessen end dem, der produceres af mennesker. Naturlige halogener når dog generelt ikke stratosfæren på grund af det faktum, at de er vandopløselige (hovedsageligt kloridioner og hydrogenchlorid) og skylles ud af atmosfæren og falder som regn på jorden. Naturlige forbindelser er også mindre stabile end freoner, for eksempel har methylchlorid en atmosfærisk levetid på kun omkring et år sammenlignet med ti og hundreder af år for freoner. Derfor er deres bidrag til ødelæggelsen af stratosfærisk ozon ret lille. Selv det sjældne udbrud af Mount Pinatubo i juni 1991 forårsagede et fald i ozonniveauerne, ikke på grund af de frigivne halogener, men på grund af dannelsen af en stor masse svovlsyreaerosoler, hvis overflade katalyserede ozonnedbrydningsreaktioner. Tre år senere blev næsten hele massen af vulkanske aerosoler fjernet fra atmosfæren. Vulkanudbrud er således relativt kortsigtede faktorer, der påvirker ozonlaget, i modsætning til freoner, som har en levetid på ti og hundreder af år. [16]
Mange[ hvem? ] forstår ikke, hvorfor ozonhullet er dannet i Antarktis, når hovedemissionerne af freoner sker på den nordlige halvkugle. Faktum er, at freoner er godt blandet i troposfæren og stratosfæren . På grund af deres lave reaktivitet forbruges de praktisk talt ikke i de nederste lag af atmosfæren og har en levetid på flere år eller endda årtier. Da de er meget flygtige molekylære forbindelser, når de den øvre atmosfære med relativ lethed. .
Selve det antarktiske "ozonhul" eksisterer ikke året rundt. Den dukker op i slutningen af vinteren - begyndelsen af foråret (august-september) og viser sig i et mærkbart fald i den gennemsnitlige ozonkoncentration inden for et stort geografisk område. Årsagerne til, at ozonhullet dannes i Antarktis, er relateret til det lokale klimas ejendommeligheder. De lave temperaturer i den antarktiske vinter fører til dannelsen af polarhvirvelen. Luften inde i denne hvirvel bevæger sig hovedsageligt langs lukkede stier rundt om Sydpolen og blandes svagt med luft fra andre breddegrader. På dette tidspunkt er det polære område ikke oplyst af Solen, og i fravær af ultraviolet bestråling dannes ozon ikke og akkumuleres før det ødelægges (både som følge af interaktioner med andre stoffer og partikler og spontant, da ozonmolekyler er ustabile). Med fremkomsten af polardagen stiger mængden af ozon gradvist og når igen det normale niveau. Det vil sige, at udsving i ozonkoncentrationen over Antarktis er sæsonbestemte.
Men hvis vi sporer dynamikken i ændringer i ozonkoncentrationen og størrelsen af ozonhullet i gennemsnit i løbet af hvert år over de seneste årtier, så er der en udtalt tendens til et fald i den gennemsnitlige ozonkoncentration inden for et enormt geografisk område .
Kilder til klor i stratosfæren
Dynamikken af ændringer i størrelsen af ozonhullet og ozonkoncentrationen i Antarktis efter år
| Forurening | |
|---|---|
| forurenende stoffer | |
| Luftforurening |
|
| Vandforurening |
|
| Jordforurening | |
| Strålingsøkologi |
|
| Andre former for forurening | |
| Forureningsforebyggende foranstaltninger | |
| Mellemstatslige traktater | |
| se også |
|