Ozónová vrstva - Ozone layer

The ozónová vrstva nebo ozonový štít je regionem Země je stratosféra který absorbuje většinu z slunce je ultrafialový záření. Obsahuje vysokou koncentraci ozón (Ó3) ve vztahu k ostatním částem atmosféry, i když ve srovnání s jinými plyny ve stratosféře stále malý. Ozonová vrstva obsahuje méně než 10 dílů na milion ozonu, zatímco průměrná koncentrace ozonu v zemské atmosféře jako celku je asi 0,3 dílu na milion. Ozonová vrstva se nachází hlavně ve spodní části stratosféry, přibližně od 15 do 35 kilometrů nad Zemí, i když její tloušťka se sezónně a geograficky liší.[1]
Ozonovou vrstvu objevili v roce 1913 francouzští fyzici Charles Fabry a Henri Buisson. Měření slunce ukázala, že záření vysílané z jeho povrchu a dosahující na Zemi je obvykle v souladu se spektrem a černé tělo s teplotou v rozmezí 5 500–6 000 K (5 227 až 5 727 ° C), kromě toho, že na ultrafialovém konci spektra nebylo žádné záření pod vlnovou délkou asi 310 nm. Bylo vyvozeno, že chybějící záření pohlcovalo něco v atmosféře. Spektrum chybějícího záření bylo nakonec přizpůsobeno pouze jedné známé chemické látce, ozónu.[2] Jeho vlastnosti byly podrobně prozkoumány britským meteorologem G. M. B. Dobson, který vyvinul jednoduchý spektrofotometr (dále jen Dobsonmetr ), které by mohly být použity k měření stratosférického ozonu ze země. V letech 1928 až 1958 založil Dobson celosvětovou síť monitorovacích stanic ozónu, které fungují dodnes. „Dobsonova jednotka ", pohodlné měření množství ozonu nad hlavou, je pojmenován na jeho počest.
Ozonová vrstva absorbuje 97 až 99 procent slunečního středofrekvenčního ultrafialového světla (asi 200nm až 315 nm vlnová délka ), které by jinak potenciálně poškodily exponované formy života poblíž povrchu.[3]
V roce 1976 atmosférický výzkum odhalil, že ozonová vrstva byla poškozována hlavně chemickými látkami uvolňovanými průmyslem chlorfluoruhlovodíky (CFC). Obavy, které zvýšily UV záření kvůli poškozování ozonové vrstvy ohrožený život na Zemi, včetně zvýšené rakoviny kůže u lidí a dalších ekologických problémů,[4] vedlo k zákazu chemických látek a nejnovější důkazy ukazují, že poškozování ozonu se zpomalilo nebo zastavilo. Valné shromáždění OSN určilo 16. září jako Mezinárodní den ochrany ozonové vrstvy.
Venuše má také tenkou ozonovou vrstvu ve výšce 100 kilometrů nad povrchem planety.[5]
Zdroje
Britský fyzik objevil fotochemické mechanismy, které způsobují vznik ozonové vrstvy Sydney Chapman v roce 1930. Ozon ve stratosféře Země je vytvořen ultrafialovým zářením dopadajícím na obyčejné kyslík molekuly obsahující dva kyslík atomy (Ó2), jejich rozdělení na jednotlivé atomy kyslíku (atomový kyslík); atomový kyslík se potom spojí s neporušeným O2 vytvářet ozon, O3. Molekula ozonu je nestabilní (i když ve stratosféře dlouhodobá) a když ultrafialové světlo zasáhne ozon, rozdělí se na molekulu O2 a jednotlivý atom kyslíku, pokračující proces zvaný cyklus ozon-kyslík. Chemicky to lze popsat jako:
- Ó2 + ℎνuv → 2 O.
- O + O2 ↔️ O3
Asi 90 procent ozonu v atmosféře je obsaženo ve stratosféře. Koncentrace ozonu jsou nejvyšší mezi 20 a 40 kilometry (66 000 až 131 000 ft), kde se pohybují od 2 do 8 dílů na milion. Pokud by byl veškerý ozon stlačen na tlak vzduchu na hladině moře, byly by to jen 3 milimetry (1⁄8 palec) tlustý.[6]
Ultrafialové světlo


I když je koncentrace ozonu v ozonové vrstvě velmi malá, je pro život životně důležitá, protože absorbuje biologicky škodlivé ultrafialové (UV) záření pocházející ze slunce. Extrémně krátké nebo vakuové UV záření (10–100 nm) je stíněno dusíkem. UV záření schopné proniknout dusíkem je rozděleno do tří kategorií na základě jeho vlnové délky; tyto se označují jako UV-A (400–315 nm), UV-B (315–280 nm) a UV-C (280–100 nm).
UV-C, které je velmi škodlivé pro všechny živé bytosti, je zcela detekováno kombinací dioxygenu (<200 nm) a ozonu (> asi 200 nm) ve výšce asi 35 kilometrů (115 000 ft). UV-B záření může být pro pokožku škodlivé a je jeho hlavní příčinou úžeh; nadměrná expozice může také způsobit šedý zákal, potlačení imunitního systému a genetické poškození, což vede k problémům, jako je rakovina kůže. Ozonová vrstva (která absorbuje od přibližně 200 nm do 310 nm s maximální absorpcí při přibližně 250 nm)[7] je velmi účinný při odstínění UV-B; pro záření o vlnové délce 290 nm je intenzita v horní části atmosféry 350 milionůkrát silnější než na zemském povrchu. Nějaké množství UV-B, zejména při nejdelších vlnových délkách, dosáhne povrchu a je důležité pro produkci kůže Vitamín D.
Ozon je transparentní pro většinu UV-A, takže většina tohoto UV záření s delší vlnovou délkou dosáhne povrchu a tvoří většinu UV dopadajícího na Zemi. Tento typ UV záření je výrazně méně škodlivý DNA, i když stále může potenciálně způsobit fyzické poškození, předčasné stárnutí kůže, nepřímé genetické poškození a rakovinu kůže.[8]
Distribuce ve stratosféře
![]() | Tato sekce potřebuje další citace pro ověření.únor 2013) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
Tloušťka ozonové vrstvy se celosvětově liší a je obecně tenčí v blízkosti rovníku a silnější v blízkosti pólů.[9] Tloušťka označuje, kolik ozonu je ve sloupci na dané ploše a liší se podle sezóny. Důvody těchto variací jsou způsobeny atmosférickými cirkulačními vzory a sluneční intenzitou.
Většina ozonu je produkována nad tropy a je transportována k pólům stratosférickými vzory větru. Na severní polokouli tyto vzorce, známé jako Brewer-Dobsonova cirkulace, aby ozonová vrstva byla na jaře nejsilnější a na podzim nejtenčí.[9] Když je ozon produkován slunečním UV zářením v tropech, provádí se to cirkulací, která zvedá vzduch chudý na ozon z troposféry a do stratosféry, kde slunce fotolyzuje molekuly kyslíku a přeměňuje je na ozon. Poté je vzduch bohatý na ozon veden do vyšších zeměpisných šířek a klesá do nižších vrstev atmosféry.[9]
Výzkum zjistil, že hladiny ozonu ve Spojených státech jsou nejvyšší v jarních měsících dubna a května a nejnižší v říjnu. Zatímco se celkové množství ozonu zvyšuje z tropů do vyšších zeměpisných šířek, koncentrace jsou vyšší ve vysokých severních zeměpisných šířkách než ve vysokých jižních zeměpisných šířkách, vzhledem k ozonová díra jev.[9] Nejvyšší množství ozonu se nachází nad Arktidou během jarních měsíců března a dubna, ale Antarktida má nejnižší množství ozonu během letních měsíců září a října,

Vyčerpání

Ozonová vrstva může být vyčerpána katalyzátory volných radikálů, včetně oxid dusnatý (NE), oxid dusičitý (N2Ó), hydroxyl (OH), atomová chlór (Cl) a atomový bróm (Br). I když pro všechny existují přírodní zdroje druh, koncentrace chloru a bromu v posledních desetiletích výrazně vzrostla kvůli uvolňování velkého množství umělého organohalogen sloučeniny chlorfluoruhlovodíky (CFC) a bromfluoruhlovodíky.[10] Tyto vysoce stabilní sloučeniny jsou schopné přežít vzestup k stratosféra kde Cl a Br radikály jsou osvobozeny působením ultrafialového světla. Každý radikál pak může iniciovat a katalyzovat řetězovou reakci schopnou rozložit více než 100 000 molekul ozonu. Do roku 2009 byl oxid dusný největší látkou poškozující ozonovou vrstvu (ODS) emitovanou lidskou činností.[11]

Rozklad ozonu ve stratosféře má za následek sníženou absorpci ultrafialového záření. V důsledku toho je neabsorbované a nebezpečné ultrafialové záření schopné dosáhnout povrchu Země ve vyšší intenzitě. Úrovně ozonu poklesly od konce 70. let celosvětově v průměru asi o 4 procenta. Na přibližně 5 procentech zemského povrchu, kolem severního a jižního pólu, lze pozorovat mnohem větší sezónní poklesy, které jsou popsány jako „ozonové díry“.[12] Objev každoročního poškozování ozonu nad Antarktidou poprvé ohlásil Joe Farman, Brian Gardiner a Jonathan Shanklin, v článku, který se objevil v Příroda 16. května 1985.[13]
Nařízení
Na podporu úspěšných pokusů o regulaci byl případ ozonu sdělen laikům „snadno pochopitelnými překlenovacími metaforami odvozenými z populární kultury“ a souvisejícími s „okamžitými riziky s každodenním významem“.[Citace je zapotřebí ] Specifické metafory použité v diskusi (ozonový štít, ozonová díra) se ukázaly jako velmi užitečné[14] a ve srovnání s globální změnou klimatu byl případ ozonu mnohem více považován za „horký problém“ a bezprostřední riziko.[15] Laici byli opatrní ohledně vyčerpání ozonové vrstvy a rizik rakoviny kůže.
V roce 1978 byly Spojené státy, Kanada a Norsko přijaty zákazy CFC -obsahující aerosolové spreje které poškozují ozonovou vrstvu. Evropské společenství odmítlo obdobný návrh učinit totéž. Ve Spojených státech se chlorofluorované uhlovodíky nadále používaly v jiných aplikacích, jako je chlazení a průmyslové čištění, až do objevení antarktické ozonové díry v roce 1985. Po vyjednání mezinárodní smlouvy ( Montrealský protokol ) Byla produkce CFC omezena na úroveň roku 1986 se závazky dlouhodobého snížení.[16] To umožnilo desetileté zavádění pro rozvojové země[17] (uvedené v článku 5 protokolu). Od té doby byla smlouva pozměněna tak, aby zakazovala výrobu CFC po roce 1995 v rozvinutých zemích a později v rozvojových zemích.[18] Smlouvu dnes podepsalo všech 197 zemí světa. Od 1. ledna 1996 byly ve vyspělých zemích, jako jsou USA, k dispozici pouze recyklované a nahromaděné CFC. Toto postupné ukončení výroby bylo možné z důvodu úsilí zajistit, aby existovaly náhradní chemikálie a technologie pro všechna použití ODS.[19]
Dne 2. srpna 2003 vědci oznámili, že globální poškozování ozonové vrstvy se může zpomalovat kvůli mezinárodní regulaci látek poškozujících ozonovou vrstvu. Ve studii organizované Americká geofyzikální unie, tři satelity a tři pozemní stanice potvrdily, že míra vyčerpání ozonu v horní atmosféře se v předchozím desetiletí významně zpomalila. Lze očekávat, že některé poruchy budou pokračovat kvůli ODS používaným národy, které je nezakázaly, a kvůli plynům, které jsou již ve stratosféře. Některé ODS, včetně CFC, mají velmi dlouhou atmosférickou životnost, která se pohybuje od 50 do více než 100 let. Odhaduje se, že ozonová vrstva se obnoví na úroveň roku 1980 přibližně v polovině 21. století.[12] V roce 2016 byl zaznamenán postupný trend k „uzdravování“.[20]
Sloučeniny obsahující vazby C – H (např hydrochlorofluorouhlovodíky, nebo HCFC) byly navrženy tak, aby nahradily CFC v určitých aplikacích. Tyto náhradní sloučeniny jsou reaktivnější a je méně pravděpodobné, že přežijí dostatečně dlouho v atmosféře, aby se dostaly do stratosféry, kde by mohly ovlivnit ozonovou vrstvu. Přestože jsou HCFC méně škodlivé než CFC, mohou mít negativní dopad na ozonovou vrstvu, takže jsou také postupně vyřazovány.[21] Ty zase nahrazuje uhlovodíky (HFC) a další sloučeniny, které vůbec neničí stratosférický ozon.
Zbytkové účinky CFC akumulující se v atmosféře vedou ke koncentračnímu gradientu mezi atmosférou a oceánem. Tato organohalogenová sloučenina je schopna rozpouštět se v povrchových vodách oceánu a je schopna působit jako časově závislý sledovač. Tento indikátor pomáhá vědcům studovat cirkulaci oceánu sledováním biologických, fyzikálních a chemických cest [22]
Důsledky pro astronomii
Protože ozon v atmosféře brání tomu, aby se nejvíce energetické ultrafialové záření dostalo na povrch Země, musí být astronomická data v těchto vlnových délkách shromažďována ze satelitů obíhajících nad atmosférou a ozonovou vrstvou. Většina světla mladých horkých hvězd je v ultrafialovém záření, a proto je studium těchto vlnových délek důležité pro studium původu galaxií. Průzkumník Galaxy Evolution, GALEX je obíhající ultrafialový vesmírný dalekohled vypuštěný 28. dubna 2003, který fungoval až do začátku roku 2012.
Tento GALEX obrázek Mlhovina Cygnus Loop nemohlo být vzato z povrchu Země, protože ozonová vrstva blokuje ultrafialové záření vyzařované mlhovinou.
Viz také
Reference
- ^ "Základy ozónu". NOAA. 2008-03-20. Archivovány od originál dne 2017-11-21. Citováno 2007-01-29.
- ^ McElroy, C.T .; Fogal, P.F. (2008). „Ozon: Od objevu k ochraně“. Atmosféra-oceán. 46: 1–13. doi:10,3137 / ao.460101. S2CID 128994884.
- ^ "Ozónová vrstva". Citováno 2007-09-23.
- ^ Rozhovor s Lee Thomasem, 6. administrátorem EPA. Video, Přepis (viz str. 13). 19. dubna 2012.
- ^ Zaměstnanci SPACE.com (11. října 2011). „Vědci objevují ozonovou vrstvu na Venuši“. SPACE.com. Nákup. Citováno 3. října 2015.
- ^ "Archiv faktů NASA". Citováno 2011-06-09.
- ^ Matsumi, Y .; Kawasaki, M. (2003). „Fotolýza atmosférického ozonu v ultrafialové oblasti“ (PDF). Chem. Rev. 103 (12): 4767–4781. doi:10.1021 / cr0205255. PMID 14664632. Archivovány od originál (PDF) dne 17. června 2012. Citováno 14. března 2015.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
- ^ Narayanan, D.L .; Saladi, R.N .; Fox, J.L. (2010). "Recenze: Ultrafialové záření a rakovina kůže". International Journal of Dermatology. 49 (9): 978–986. doi:10.1111 / j.1365-4632.2010.04474.x. PMID 20883261.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
- ^ A b C d Tabin, Shagoon (2008). Globální oteplování: Účinek poškozování ozonu. Publikování APH. p. 194. ISBN 9788131303962. Citováno 12. ledna 2016.
- ^ „Halokarbony a jiné plyny“. Emise skleníkových plynů ve Spojených státech 1996. Správa energetických informací. 1997. Archivovány od originál dne 29. 6. 2008. Citováno 2008-06-24.
- ^ „Studie NOAA ukazuje, že oxid dusný nyní má nejvyšší emise poškozující ozonovou vrstvu“. NOAA. 2009-08-27. Citováno 2011-11-08.
- ^ A b „Stratosférický ozon a povrchové ultrafialové záření“ (PDF). Vědecké hodnocení poškozování ozonu: 2010. WMO. 2011. Citováno 14. března 2015.
- ^ Farman, J. C.; Gardiner, B. G.; Shanklin, J. D. (1985). „Velké ztráty celkového ozonu v Antarktidě odhalují sezónní ClOX/NEX interakce". Příroda. 315 (6016): 207–210. Bibcode:1985 Natur.315..207F. doi:10.1038 / 315207a0. S2CID 4346468.
- ^ Ungar, Sheldon (2000). „Znalosti, nevědomost a populární kultura: změna klimatu versus ozonová díra“. Veřejné porozumění vědě. 9 (3): 297–312. doi:10.1088/0963-6625/9/3/306. S2CID 7089937.
- ^ Grundmann, Reiner (2007). „Změna klimatu a znalostní politika“ (PDF). Environmentální politika. 16 (3): 414–432. CiteSeerX 10.1.1.535.4984. doi:10.1080/09644010701251656. S2CID 153866225. Archivovány od originál (PDF) 26. srpna 2014. Citováno 14. března 2015.
- ^ Morrisette, Peter M. (1989). „Vývoj politických reakcí na úbytek stratosférického ozónu“. Deník přírodních zdrojů. 29: 793–820. Citováno 2010-04-20.
- ^ Rozhovor s Lee Thomasem, 6. administrátorem EPA. Video, Přepis (viz str. 15). 19. dubna 2012.
- ^ „Změny Montrealského protokolu“. EPA. 19. 8. 2010. Citováno 2011-03-28.
- ^ „Stručné otázky a odpovědi o vyčerpání ozonu“. EPA. 2006-06-28. Citováno 2011-11-08.
- ^ Solomon, Susan a kol. (30. června 2016). „Vznik hojení v antarktické ozonové vrstvě“. Věda. 353 (6296): 269–74. Bibcode:2016Sci ... 353..269S. doi:10.1126 / science.aae0061. PMID 27365314.
- ^ „Glosář poškození ozonu“. EPA. Citováno 2008-09-03.
- ^ Fajn, Rana A. (2011). „Pozorování CFC a SF6 jako oceánských stopovačů“ (PDF). Výroční zpráva o námořní vědě. 3: 173–95. doi:10.1146 / annurev.marine.010908.163933. PMID 21329203. Archivovány od originál (PDF) dne 10.02.2015.
Další čtení
- Věda
- Andersen, S. O. (2015). "Poučení ze stratosférické ochrany ozónové vrstvy pro klima ". Journal of Environmental Studies and Sciences."
- Andersen, S.O .; Sarma, K.M .; Sinclair, L. (2012). Ochrana ozonové vrstvy: Historie OSN. Taylor & Francis. ISBN 978-1-84977-226-6.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
- Program OSN pro životní prostředí (2010). Dopady vyčerpání ozonu na životní prostředí a jeho interakce se změnou klimatu: Hodnocení 2010. Nairobi: UNEP.
- Velders, G. J. M., Fahey D. W., Daniel, J. S., McFarland, M. a Andersen, S.O (2009). "Velký příspěvek projektovaných emisí HFC k budoucímu prosazování klimatu “. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106, 10949-10954.
- Velders, Guus J.M .; Andersen, Stephen O .; Daniel, John S .; Fahey, David W .; McFarland, Mack (2007). „Důležitost Montrealského protokolu pro ochranu klimatu“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (12): 4814–4819. Bibcode:2007PNAS..104,4814V. doi:10.1073 / pnas.0610328104. PMC 1817831. PMID 17360370.
- Politika
- Zaelke, D. a Borgford-Parnell, N. (2015). "Důležitost postupného snižování obsahu fluorovaných uhlovodíků a dalších krátkodobých látek znečišťujících klima “. Journal of Environmental Studies and Sciences.
- Xu, Y., Zaelke, D., Velders, G. J. M. a Ramanathan, V., (2013). "Role HFC při zmírňování změny klimatu 21. století “. Atmosférická chemie a fyzika.
- Molina, M., Zaelke, D., Sarma, M. K., Andersen, S.O., Ramanathan, V. a Kaniaru, D. (2009). "Snižování náhlého rizika změny klimatu pomocí Montrealského protokolu a dalších regulačních opatření k doplnění snížení emisí CO2 “. Sborník Národní akademie věd, PNAS 106: 20616-20621.
- Anderson, S. O., Sarma, M. K. a Taddonio, K. (2007). „Transfer technologií pro ozonovou vrstvu: lekce pro změnu klimatu“. London: Earthscan.
- Benedick, Richard Elliot; Světový fond pro ochranu přírody (USA); Ústav pro studium diplomacie. Georgetown University. (1998). Ozonová diplomacie: Nové směry v ochraně planety (2. vyd.). Harvard University Press. ISBN 978-0-674-65003-9. (Velvyslanec Benedick byl hlavním americkým vyjednavačem na setkáních, která vyústila v Montrealský protokol.)
- Chasek, P. S., David L. Downie a Brown J. W. (2013). Globální environmentální politika, 6. vydání, Boulder: Westview Press, 2013.
- Grundmann, Reiner (2001). Nadnárodní politika v oblasti životního prostředí: Rekonstrukce ozónu. Psychologie Press. ISBN 978-0-415-22423-9.
- Parson, E. (2003). Ochrana ozonové vrstvy: věda a strategie. Oxford: Oxford University Press.
externí odkazy
- Stratosférický ozon: elektronická učebnice
- Informace o ozónové vrstvě
- The Služba stratosférického ozonu CAMS poskytuje mapy, datové sady a zprávy o ověření minulého a současného stavu ozonové vrstvy.
- Ozónová vrstva na Curlie