Fyzikální aspekty zátěží životního prostředí 9 Ztenčování ozónové vrstvy

Dynamika vzniku a zániku ozónu Ozón současně vzniká a zaniká. Vzniká především ve vyšších vrstvách atmosféry (tropická stratosféra), kde je více UV záření, naopak v nižších vrstvách (pod 30 km) převažuje rozpad ozónu. Detailní popis rozhodujících procesů není stále uzavřen a představuje často poměrně složitý problém (existence mnoha následných reakcí v aerosolech – kapičkách látek rozprášených v atmosféře).

Ovlivnění stavu ozónu lidskou činností Lidská civilizace ovlivňuje stav ozonové vrstvy v závislosti na průmyslové a zemědělské činnosti ale i využíváním civilizačních vymožeností běžné denní potřeby. Komplex chemických procesů ovlivňujících ozonosféru je složitý a není dodnes zcela objasněn. Předpokládá se narušení ozonosféry vlivem katalytických chemických cyklů.

Katalytické přeměny ozónu Katalytické přeměny ozónu na molekuly kyslíku, lze zjednodušeně zapsat pomocí rovnice X + O3 + O  X + 2 O2, kde jako katalyzátor X vystupují molekuly NO, H, OH, Cl, Br.

Cyklus NOx N2O + O → 2 NO, 2 N + O2 → 2 NO. Roli katalyzátoru X hraje oxid dusnatý NO, který vzniká rozpadem troposférického oxidu dusného N2O, N2O + O → 2 NO, nebo fotodisociací stratosférické dusíku N2 a jeho následnou reakcí s O2 2 N + O2 → 2 NO. Cyklus se uplatňuje do výšek přibližně 35 km.

Zdroje NO Troposférický N2O pochází jednak z přirozených zdrojů, např. z půdy a z moří jako důsledek činnosti živých organismů, mezi umělé zdroje patří dusíkatá hnojiva aplikovaná v zemědělství, v průmyslu emise vznikající spalováním fosilních paliv a jejich produktů (zdrojem mohou být i jaderné výbuchy).

Cyklus ClOx Roli katalyzátoru X hraje atomární chlór, jeho zdrojem jsou pak halogenované uhlovodíky - organické sloučeniny na bázi nižších alkanů, např. metan, etan, cyklobutan s obsahem chlóru, fluoru a vodíku v molekule.

Zdroje Cl - Freony Freony Jejich emise byly vysoké v 60. a 70. letech. (CFC, chlorofluorouhlovodíky, též úplně halogenované uhlovodíky), látky používané hlavně jako médium do chladicích zařízení (např. ledniček), též jako náplně do aerosolových rozprašovačů. Jejich emise byly vysoké v 60. a 70. letech. CFCl3 CF2Cl2. Cl  — C F F  Cl — C Freon 11 Freon 12

Další zdroje Cl Chlorid uhličitý CCl4 Tetrachlormetan, nepřesně „tetrachlór“, vzniká např. jako vedlejší produkt výroby dichlormetanu a trichlór metanu (chloroform). Metylchloroform CH3CCl3 (trichloretan) používá se jako součást čistících prostředků na kovy a plasty. Cl H  — C

Cyklus BrOx Roli katalyzátoru X hraje atomární bróm Br, obdoba předchozího cyklu, ale s mnohem větším účinkem.

Zdroje Br Halony Bromofluorouhlovodíky (případně obsahují i chlór), např. CBrF3,CBrClF2, C2F4Br2. Používají se např. v hasících přístrojích. Přes zatím nižší koncentraci jsou nebezpečné vzhledem k větší účinnosti příslušného cyklu.

Měření obsahu ozónu - Dobsonovy jednotky Dobsonova jednotka (DU) je standardní vyjádření množství ozonu v atmosféře. 1 DU je 2,69 × 1020 ozonových molekul na čtvereční metr. Představuje takové množství ozónu, které by za normálních podmínek, tj. tlaku 1013 hPa a teplotě 273 K, vytvořilo vrstvu o tloušťce 10m. Normální hodnoty naměřené v zemské atmosféře jsou řádově 350- 450 DU, což odpovídá vrstvě o tloušťce 1 mm.

Dálkový průzkum Země S rozvojem kosmických letů se začali používat družice ke sledování povrchu Země i stavu její atmosféry. Uvedené metody shrnujeme pod pojem dálkový průzkum Země (pod tento pojem se často zahrnují i další prostředky a metody zejména letecký průzkum).

DPZ - technika První družicí, která prováděla měření pomocí ozonového spektrometru TOMS byl NIMBUS 7. Spektrometr měřil rozptyl slunečního záření v atmosféře v několika intervalech spektra. Protože ozón absorbuje UV záření, projeví se jeho množství v  atmosféře změnou intenzity odraženého UV záření.

Ozonová díra Jako ozónová díra je označován výrazný pokles koncentrace stratosférického ozónu, zvláště nad Antarktidou. O ozonové díře se hovoří v případě poklesu koncentrace pod 220-250 DU. Normál odpovídá hodnotám mezi 300 - 400 DU, při větších výkyvech 250 – 500 DU. Nejnižší zjištěné hodnoty v případě ozonové díry nad Antarktidou byly pod 100 DU.

Dlouhodobé sledování obsahu ozónu v ovzduší

Antarktická ozonová díra Antarktická ozonová díra byla objevena v polovině 70. let díky síti pozemních pozorovacích stanic. Zpočátku bylo měření koncentrace ozonu omezeno na poměrně malé území severní polokoule a Antarktidu. Měření pomocí satelitů probíhá teprve od roku 1978. Později byl naměřen kolísavý úbytek stratosférického ozónu nad Jižní Amerikou a Austrálií a později nad severní hemisférou. Rekordní snížení bylo v letech 1992-3. Nad nejvíce obydlenými oblastmi pozorujeme snižování okolo 0,5 % za rok.

Analýza výsledků měření Období 1962 - 1980 bylo obdobím bez výraznějšího trendu, v 80. letech začal zřetelný pokles ozónu. Největší pokles ozónu byl zaznamenán v průběhu zimy 1991 - 1992. 28. 1. 1992 celkový obsah ozónu dosáhl pouze 207 DU, což je hodnota o 40% nižší než je dlouhodobý průměr, měsíční průměr za leden 1992 byl o 20% a za březen o 12% nižší než průměr za prosinec.

Důsledky zvýšení toku UV Přímé poškození lidského organismu sněžná slepota, oční zákal, spáleniny kůže, rakovina kůže. Zemědělské plodiny snížení a zhoršení kvality vegetace – slabší sklizeň Fytoplankton a zooplankton snížení produkce fytoplanktonu (jednobuněčné fotosyntézující mikroorganismy vznášející se ve vodě), snížení účinnosti absorpce CO2, skleníkový efekt. snížené množství zooplanktonu (drobní živočichové vznášející se ve vodě), narušení potravního řetězce snížená produkce ryb.

Měření ozónu České republice V České republice se sledováním ozónové vrstvy zabývá od r.1962 Solární a ozónové oddělení Českého hydrometeorologického ústavu v Hradci Králové. Sledují se zejména hodnoty maximálních výkyvů a také náhlé změny obsahu ozónu. K největším poklesům dochází zejména v zimním období a brzy na jaře. V letních měsících se pozoruje naopak mírný vzestup.

Prognózy Trend poklesu ozónu se zatím nezastaví. Podle některých teorií hraje významnou roli ochlazování stratosféry (souvisí pravděpodobně s globálním oteplováním), které se projevuje i v Arktidě. Situace v této oblasti se tak začíná nebezpečně přibližovat situaci v Antarktidě, kde tuhé zimy už od konce 80. let výrazně narušují ozónovou vrstvu a způsobují ozónovou díru mnohem větší než na severní polokouli.

Úmluvy o regulaci Redukce ozónové vrstvy představuje jedno z velmi vážných ohrožení globálního životního prostředí. Mezinárodní společenství se postupně shodlo na potřebě účinných opatření, která jsou přijímána v rámci Vídeňské konvence o ochraně ozónové vrstvy z roku 1985. Prvním opatřením bylo přijetí Montrealského protokolu v roce 1987. Ten byl postupně zpřísněn v roce 1990 v Londýně a v roce 1992 v Kodani (další dodatky 1999 Montreal, 2001 Peking).

Přijatá opatření K úmluvě a k následným protokolům a dodatkům přistoupila většina států světa a to jak rozvinutých, tak i rozvojových. Dodatky obsahují systém závazků, které požadují  omezení výroby a vypouštění konkrétních látek ovlivňujících stav ozonové vrstvy. Např. od roku 1997 platí zákaz výroby “měkkých” freonů a jejich dovoz je zakázán od roku 2015. Platí zákaz výroby sprejů, u kterých by byly jako hnací plyn použity tvrdé nebo měkké freony.

Účinnost přijatých opatření Odborníci se shodují na tom, že opatření přijatá v rámci Kodaňského dodatku v roce 1992 jsou účinná. Jestliže jsou vědecké předpoklady správné, ozónová vrstva ve stratosféře by se měla postupně přirozenými procesy dostat na svou původní úroveň. Tento proces však potrvá několik desetiletí. Vzhledem k dlouhé době životnosti škodlivých látek v ovzduší se bude ještě dlouhou dobu poškozování ozónové vrstvy prohlubovat.