Atraktivní biologie. Ozonová díra Antarktida

Transkript

1 zonová díra Antarktida

2 zonová vrstva Umístění ozonové vrstvy v atmosféře ozonová vrstva Země je část stratosféry, s těžištěm výskytu ve výšce km nad zemským povrchem, v níž je značně zvýšený poměr ozonu vůči běžnému dvouatomovému kyslíku 2 ozonová vrstva asi 90% celkového množství atmosférického ozonu se nachází ve stratosféře, ve vrstvě 15 až 50 km nad zemským povrchem (ve výšce km je obsaženo ca 75% ozonu) hraje mimořádně významnou roli pro pozemský život, neboť chrání planetu před biologicky škodlivým ultrafialovým zářením ( nm) vydávaným Sluncem jakékoli narušení tohoto ochranného štítu proto představuje vážné riziko pro všechny živé organismy 2

3 Než se vytvořila ozonová vrstva v atmosféře byl život na Zemi omezen jen na dostatečně hluboké vody moří a oceánů, které dokázaly pohltit UV radiaci a poskytovaly ochranu nejranějším formám života na naší planetě. v období asi před 2,7 miliardami let dodávaly primitivní fotosyntetizující mikroorganismy kyslík do atmosféry (zpočátku však byl spotřebováván na oxidaci železa v horninách, v ovzduší ho zůstávalo jen velmi málo); kyslík tehdy vznikal především fotochemickou disociací vodní páry* ještě před 600 mil. lety činila koncentrace 2 jen 1/100 dnešní hodnoty**, v období svrchního siluru (asi před 420 miliony let) dosahuje koncentrace kyslíku v ovzduší již asi 10 % současné úrovně (tj. asi 2 obj. %, výsledek hlavně fotosyntetické aktivity sinic) a oblast s maximální tvorbou ozonu se posunula výše, do výšky asi 20 km teprve v této době se začala formovat ozonosféra, která efektivně absorbovala nebezpečné UV záření živé organismy mohly poprvé opustit bezpečí oceánu a začít osídlovat souš Bližší informace o globálním rozměru klimatických změn na adrese 3

4 Co je to ozon? Atraktivní vysoce reaktivní, relativně nestabilní tříatomová molekula kyslíku 3 při normální teplotě a tlaku je ozon namodralý plyn s intenzivním zápachem (řec. ozó = voním) je velmi silné oxidační činidlo ozon přesto, že se v atmosféře vyskytuje ve velmi malém množství, má velký význam pro živé organismy; jako klíčový skleníkový plyn výrazně ovlivňuje životní podmínky planety Země v závislosti na tom, ve kterých částech atmosféry se ozon nachází, může hrát pozitivní či negativní roli: stratosférický rický ozon * (ca 80 90% celkového množství) plní funkci ochranného UV štítu, který brání pronikání škodlivého krátkovlnného UV záření k zemskému povrchu; jeho úbytek má za následek pronikání UV záření k zemskému povrchu, které zde může u živých organismů způsobovat zejména vyšší výskyt rakoviny kůže, oční choroby nebo oslabení imunitního systému 4

5 Výskyt ozonu v atmosféře km ozonová vrstva nárůst 3 vlivem znečištění koncentrace ozonu stratosférický ozon troposférický ozon troposférický rický ozon (ca 10 až 20% celkového množství) vzniká společným působením oxidů dusíku (N x ), těkavých organických látek (VC) a slunečního záření, i jako produkt spalování fosilních paliv, především z automobilového provozu; v přízemní atmosféře působí škodlivě na živé organismy, poškozuje dýchací orgány živočichů, negativně ovlivňuje i životní procesy rostlin Na základě dlouhodobých měření víme, že nejnižší hodnoty celkového ozonu se nacházejí v tropických oblastech; směrem k pólům tyto hodnoty rostou, maxima dosahují ve vyšších středních zeměpisných šířkách (60-70 ) a dále k pólům opět klesají v tropických oblastech, v místech kde se ozon formuje nejintenzivněji, jsou dosahovány v průměru nejnižší hodnoty celkového ozonu (s výjimkou ozonových anomálií polárních oblastí) Atraktivní 5

6 hodnoty celkového ozonu v tropických oblastech nevykazují výraznější variabilitu v průběhu roku, ve středních a vyšších z.š. způsobují změny v intenzitě atmosférického proudění typický roční chod s maximem v jarním období a minimem na podzim zvláště za velmi teplého počasí může být koncentrace přízemního ozonu výrazně zvýšená v případě stratosférického i troposférického ozonu závisí jeho množství na rovnováze procesů, které ozón produkují s ději, které ho v atmosféře ničí rychlost úbytku bytku ozonu závisz visí na zeměpisn pisné šířce, výšce nad zemským povrchem a na ročním m období; středn ední doba života 3 obnáší při teplotě 20 C 3 dny, při -15 C 8 dní, při -25 C 18 dní a při -50 C 3 měsíce od 80. let 20. století je známo, že stratosférického ozonu ubývá*, naopak ozónu v troposféře přibývá; koncentrace přízemního ozónu roste od roku 1970 v průměru o 1,2 %, stratosférického ozonu naopak ve stejném období ubývá každoročně o 0,6 % přirozené procesy v atmosféře, které stojí za tvorbou i zánikem 3 a které udržují jeho ± konstantní obsah, jsou velmi složité; je možné je popsat více než stovkou chemických reakcí uvedenou rovnováhu však svojí činností v posledních letech narušuje člověk 6

7 Přízemní ozon bývá hlavní součástí tzv. fotochemického ho smogu; jde o směs znečisťujících látek (polutantů), zahrnující kromě 3, oxidy dusíku (N x ), aldehydy, peroxyacetylnitrát (PAN) aj. Atraktivní oxid dusnatý (N) oxid dusičitý itý (N 2 ) oxid dusnatý oxid dusičitý itý uhlovodíky oxidy dusíku uhlovodíky ultrafialové záření Fotochemické reakce atm. kyslík 2 přeprava ropy, nátěrové hmoty, pumpy Fotochemický smog ozon ( 3 ) peroxyacetylnitrát aldehydy akrolein aj. 7

8 Fotochemický smog (San Francisco) Předpovídání nárůstu přízemního ozonu ve střední Anglii * Intenzívní výzkum v posledních letech prokázal naše stále nedostatečné znalosti procesů probíhajících v atmosféře I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII měsíc postavil lidstvo před fakt, že hrozící environmentální krize a globální změny životního prostředí nejsou otázkou vzdálené budoucnosti, ale že se stávají reálnou hrozbou dneška 8

9 ZN: vybranéhistorickémezníky 1839 objev ozonu (C. F. Schönbien) 1860 počátky měřm ěření ozonu v povrchové vrstvě atmosféry zjištěny základnz kladní vlastnosti ozonu 1913 objev ozonové vrstvy (francouzští fyzikové Charles Fabry a Henri Buisson) 1920 první číselné údaje o koncentracích ch ozonu v atmosféře 1928 aža 1958 založen ení celosvětov tové sítě stanic monitorujících ch ozon (G. Dobson) 1966 první družicov icová měření 1984 první zpráva o ozonové díře e v Antarktidě 1985 podpis VídeV deňské smlouvy o ochraně ozonové vrstvy 1987 Montrealský protokol 1988 potvrzeno zvětšov ování ozonové díry, nezvratné důkazy antropogenního poškozov kozování ozonové vrstvy 9

10 Vznik ozonu při elektrických bouřkových výbojích (blesky) při dopadu UV záření dochází ke štěpení molekul 2 na atomární kyslík atomární kyslík reaguje s molekulárním kyslíkem za vzniku ozonu 3 oxidací organických látek složitějšími fyzikálními procesy ve vyšších vrstvách atmosféry V přízemních vrstvách atmosféry ozon vzniká převážně fotolýzou N 2 N 2 + hν N N + 3 N UV zářenz ení (λ < 242 nm) hν Atraktivní v menší míře N N + 3 fotolýzou kyslíku klesáním 3 ze stratosféry (vyšší měrnou hmotnost) 10 až 15% 10

11 Zánik ozonu (1) 3 + hν 2 + (2) (uvolňuje se teplo) Úbytek ozonu v důsledku interakce se znečišťujícími látkami (freony aj.) (1) Cl Cl (2) 2 Cl Cl 2 + * 2 obnovované radikály chloru (bromu) mohou rozkládat další a další molekuly ozonu Cl Cl UV F Cl Cl se rozpadá na 2 a chlor UV C Cl Cl chlorovaný uhlovodík (CFC)** nestabilní sloučenina Cl Cl radikál Atraktivní uvolněný ný chlor reaguje s ozonem 11

12 průměrná koncentrace ozonu v ozonové vrstvě 0,2 až 0,3* ppm průměrná koncentrace přízemního ozonu v troposféře 0,02 až 0,05** ppm (roční přírůstek o 0,5 až 1%!) celkově tvoří ozon jen přibližně 3 mm silnou vrstvičku kolem naší planety zonová vrstva zachycuje různou měrou m - ultrafialovou část slunečního záření: úplně UV-C ( nm***) s nejkratšími vlnovými délkami částečně střední část UV záření, tj. UV-B ( nm) úplně propouští dlouhovlnnou část UV záření, UV-A ( nm) ozonová vrstva UV-C UV-B UV-A 0 % 50 % 100 % zvýšený příkon UV záření v důsledku narušení ozonu působí škodlivě na všechny živé organismy 12

13 vnější prostor mezosféra stratosféra ozonová vrstva biota lidé troposféra ozonosféra stratosféra, jejíž součástí je ozonová vrstva, nemá jednotné rozvrstvení v závislosti teploty na výšce: zatímco teplota do 30. kilometru se téměř nemění a pohybuje se okolo -55 C, teplota mezi 30. a 50. km téměř lineárně roste až k 0 C vzrůst teploty ve stratosféře způsobuje ozon (důsledek zachycení UV záření) 13

14 Freony Atraktivní chlorofluorouhlovodíky (CFC) nízkomolekulární alifatické a cykloalifatické uhlovodíky, které mají atomy vodíku z části nebo úplně nahrazeny atomy chloru nebo fluoru* tyto látky mají schopnost řetězovým způsobem odbourávat stratosférický ozon jediný atom chloru může postupem času rozložit až molekul ozonu! CFC vytvářejí velmi stabilní molekuly,které v troposféře nereagují s jinými látkami; pokud se však dostanou do stratosféry, UV záření rozrušuje jejich pevné vazby a uvolňuje z nich volné atomy chlóru ty potom reagují s molekulami ozónu skupina freonů a halonů snejvětšími destrukčními schopnostmi vůči ozonu ve stratosféře se nazývají tvrdé freony** **. např. trichlorfluormethan, dichlordifluormethan, chlorpentafluormethan, bromtrifluoromethan, 14

15 v tzv. měkkých freonech není na rozdíl od tvrdých freonů vodík plně nahrazen chlórem a fluorem (mají zkratku HCFC) látky známé pod označením freony se díky svým vlastnostem (nízká hořlavost, zápalnost i výbušnost) těšily veliké popularitě a hojně se používaly jako hnací náplň ve sprejích či jako chladicí prostředek v ledničkách a klimatizacích tvrdé freony v České republice vyráběla Spolchemie Ústí nad Labem v celosvětovém měřítku byla s jejich výrobou spjata především nadnárodní společnost DuPont (USA) výroba a spotřeba látek nejvíce narušujících ozonosféru byla pro běžné účely v rozvinutých státech včetně České republiky již téměř úplně zakázána nebo radikálně omezena Atraktivní 15

16 halony byly v České republice zakázány k 1. lednu 1994, tvrdé freony k 1. lednu 1996 a metylbromid k 1. lednu 2005 v rozvojových státech proces omezování škodlivých látek postupuje pomaleji; podle dohody, podepsané ministry životního prostředí 191 zemí v kanadském Montrealu (březen 2008), se vyřazení měkkých freonů z výroby podařilo posunout z roku 2030 již na rok 2020 přestože je CFC v České republice již zakázáno vyrábět a používat, stále se zde nacházejí nebezpečné zdroje jejich úniků; patří mezi ně například stará chladicí zařízení, včetně průmyslových provozů nebezpečí úniků freonů ze starých lednic nesouvisí jenom s freony obsaženými v samotném chladicím systému, ale také v izolaci, kde se freony používaly jako nadouvadla bez problémů není ani likvidace freonů (hořením freonů, stejně jako dalších chlorovaných látek, mohou vznikat nebezpečné dioxiny) Atraktivní Ukazuje se nezbytné v globálním měřítku - urychleně nahradit freony a freonové technologie za alternativní výrobní postupy, které jsou bezpečné pro ozonovou vrstvu. 16

17 Měření ozonu Atraktivní satelity sondy letadla laserové paprsky pozemní měřicí systémy Množství ozonu v atmosféře se vyjadřuje nejčastěji pomocí Dobsonových jednotek (Dobson* Unit, D.U./DJ) 100 D.U. odpovídá v maximálně zkoncentrovaném sloupci vzduchu nad daným územím za normálních podmínek vrstvě ozonu o tloušťce 1 mm 1 D.U. ~ 0,01 mm ozonu za průměrnou koncentrace 3 v atmosféře je považována hodnota 300 D.U. pokles celkového množství ozonu v určitých oblastech pod 225 D.U. se považuje za tzv. ozonovou dírud měření 3 začalo v roce 1920, poté rychlý rozvoj ozonometrie od 50. let byla postupně instalována síť pozemních monitorovacích stanic, vybavených Dobsonovými spektrofotometry 17

18 Solárn rní a ozonová observatoř Hradec Králov lové Měření ozonu u nás probíhá v Solárn rní a ozonové observatoři i v Hradci Králov lové, kterou provozuje Český hydrometeorologický ústav od roku 1962 zde měří celkové množství ozonu pomocí Dobsonova spektrofotometru * (tento přístroj používá většina ozonometrických stanic) S-HK poskytuje důležité informace, zejména ozonové a UVzpravodajství pro veřejnost (denně), UV-index na území ČR aj. 18

19 měření celkové množství ozonu je velmi významné pro posouzení množství UV-B záření, které je nebezpečné pro živé organismy proto byl zaveden tzv. UV index, jehož hodnota odráží stupeň nebezpečí pro zdraví člověka Stupeň nebezpečí Hodnota UV- indexu Doporučená opatření minimáln lní 0-2 pokrývka hlavy nízký 3 4 krém s dostatečně vysokým ochranným faktorem (15+) středn ední 5-6 setrvat ve stínu vysoký 7-9 velmi vysoký 10 a vícev nevycházet ven mezi 10,00 až 16,00 zůstat doma celý den 19

20 zonová díra nepřesné označení jevu, kdy hodnoty koncentrace ozonu v ovzduší klesnou pod 225 D.U. a dochází tak k regionálnímu ztenčení ozonové vrstvy; největší a nejznámější ozónová díra se v současné době vyskytuje na jižní polokouli, nad Antarktidou v roce 2005 dosáhla tato ozonová díra rekordních rozměrů (24,3 miliónů km 2 ) 20

21 Proč právě Antarktida? předpokládá se, že v průběhu dlouhé antarktické zimy se molekuly freonů zachycují v krystalcích ledu, přičemž vzdušné víry uzavírají téměř neprodyšně prostor nad kontinentem spříchodem antarktického jara se díky zvýšenému UV záření najednou rozštěpí velké množství freonů nad jižními polárními oblastmi se ozonová díra vytváří víceméně pravidelně, zpravidla od konce srpna do začátku října Studiem globálních změn ozonové vrstvy* se zabývá Světová meteorologická organizace v rámci programu Systém m globáln lního sledování ozonu (Global zone bserving Systém, G 3 S). Zajímavé video o problematice ozonové díry je na adrese: 21

22 17 Jul Mar 2008 Současný trend 22

23 ztenčov ování ozonové vrstvy je známo i z oblastí nad Austrálií, Novým Zélandem, Arktidou a podle loňského měření NASA bylo též zjištěno i v některých hustěji osídlených částech Země (Velká Británie, Skandinávie, Rusko, Kanada i v oblastech střední Evropy) odlišné přírodní podmínky Arktidy především rozdělení souše a moře, ne tak intenzivní pokles teplot v době polární zimy a menší izolovanost cirkulace vzdušných mas nad Arktidou v době polární noci od cirkulace v nižších zeměpisných šířkách způsobují, že ztenčování ozónové vrstvy nad Arktidou není tak intenzivní nicméně pokles ozonu nad arktickými oblastmi (zima 2000) mezi nejzávažnější důsledky narušení ozonové vrstvy lze z globálního hlediska považovat ovlivnění primárních producentů, a to jak fytoplanktonu, tak i suchozemských rostlin ( snížení produkce aj.); tyto organismy přitom tvoří základ potravní sítě a pro současnou podobu života na Zemi jsou zcela nepostradatelné! * 23

24 Mezinárodn rodní akce na ochranu ozonové vrstvy Význam zachování ozónové vrstvy pro další život na Zemi byl podtržen řadou přijatých mezinárodních úmluv 1985 přijetí Vídeňské úmluvy o ochraně ozonové vrstvy 1987 přijetí Montrealského protokolu o látkách, které narušují ozonovou vrstvu Montrealský protokol představuje jednu z nejlépe fungujících mezinárodních ekologických smluv přistoupením k Montrealskému protokolu 16. září 1987 se 24 signatářských států zavázalo ke kontrole výroby chemických látek poškozujících ozonovou vrstvu, k postupnému omezení jejich používání a k jejich likvidaci šetrným způsobem, aby nedocházelo k nechtěným únikům do atmosféry v současné době zahrnuje protokol 96 nebezpečných látek, které podle vědeckých důkazů poškozují ozonovou vrstvu nedílnou součástí úmluvy se staly její čtyři zpřísňující dodatky (londýnský, kodaňský, montrealský a pekingský) 24

25 1990 přijetí tzv. Londýnského dodatku k Montrealského protokolu 1992 přijetí tzv. Kodaňského dodatku 1997 přijetí tzv. Montrealského dodatku 1999 přijetí tzv. Pekingského dodatku Československo úmluvu přijalo v roce 1990, Česká republika o tři roky později, doposud ji ratifikovalo 191 zemí na památku dne, kdy byl protokol schválen (16. září 1987), vyhlásilo Valné shromáždění SN 16. září Mezinárodn rodním dnem ochrany ozonové vrstvy Bližší informace o účinnosti dohod přijatých k ochraně ozonové vrstvy na adrese usgcrp.gov/usgcrp/library/ocp2008/ocp2008. /ocp2008/ocp2008.pdfpdf Český překlad Montrealského protokolu a Vídeňské úmluvy na stránkách MŽP, na adrese env.cz/ais/web-pub.nsf/$ /$pid/mzpjaf9dks5b 25